Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet von elektrischen Antrieben, die über einen hochintegrierten Aufbau verfügen, der durch einen integrierten Aufbau eines elektrischen Antriebs umfassend sowohl mindestens eine elektrische Maschine als auch mindestens einen Umrichter für die elektrische Maschine charakterisiert ist, wobei die Stromversorgung der elektrischen Maschine über ein Busbar-System des Umrichters erfolgt, das im Betrieb gekühlt werden muss.

Stand der Technik

Es sind ein Kühlsystem für Elektrofahrzeuge und Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems für Elektrofahrzeuge mit einem Konzept zum Thermomanagement eines Elektrofahrzeugs mit einem Range Extender bekannt. Dabei werden die Komponenten des elektrischen Antriebssystems des Elektrofahrzeugs von einem Kühlkreislauf temperiert. Der Kühlkreislauf des elektrischen Antriebs kühlt dabei die Komponenten des elektrischen Antriebs und auch die entsprechenden Komponenten der dazugehörigen Leistungselektronik, beispielsweise des Antriebsinverters, indem der Kühlkreislauf an die entsprechend zu kühlenden Komponenten gekoppelt wird (DE 102013221640 Ai).

Das Erfordernis den Kühlkreislauf an die zu kühlenden Komponenten über zur Kühlung vorgesehene separate Kühlkanäle oder Kühlkreisläufe zu koppeln, ist jedoch nachteilhaft, da somit eine Vielzahl an entsprechenden Kühlverbindungen vorgesehen werden müssen. Dadurch wird der Aufbau eines solchen Kühlkreislaufs deutlich verkompliziert, was auch die Herstellungsdauer- und Kosten erhöht, als auch das Gewicht sowie den Materialbedarf, um einen so gekühlten Antrieb für Elektrofahrzeuge herzustellen. Zudem weisen solche Lösungen aufgrund der zusätzlichen Kühlkreisanschlüsse eine höhere Anfälligkeit für Defekte auf.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Nachteile der Verwendung eines Kühlkreislaufs, der an die zu kühlenden Komponenten angeschlossen werden muss, zu minimieren, um den Aufbau eines elektrischen Antriebs zu vereinfachen, ohne dabei die Leistungsfähigkeit des Antriebs zu verringern. So umfasst sowohl eine elektrische Maschine als auch ein Umrichter für eine elektrische Maschine jeweils mehrere elektrische Bauteile, die eine hohe Menge an Wärme erzeugen, die von all diesen Bauteilen abgeführt werden muss, um die Effizienz und die Leistungsfähigkeit eines elektrischen Antriebs auf einem hohen Niveau zu halten. Dabei ist ein Umrichter für einen elektrischen Antrieb von wesentlicher Bedeutung, da insbesondere im Bereich der Elektromobilität in vielen elektrischen Fahrzeugen die elektrische Energie in Batteriespeichern gespeichert ist, welche ihrerseits keinen Wechselstrom, sondern Gleichstrom liefern. Dahingegen müssen viele Arten von elektrischen Maschinen zum Betrieb mit Wechselstrom versorgt werden, um die gewünschten magnetischen Wechselfelder in den elektrischen Maschinen herbeizuführen, welche zur Bewegung des Rotors im Stator solcher elektrischen Maschinen führt. Außerdem sind ganz wesentliche Faktoren zum Bemessen der Qualität von Elektrofahrzeugen deren Gewicht und die Leistungsdichte, die Größe und der somit erforderliche Bauraum der Antriebskomponenten der Elektrofahrzeuge, weshalb es ein wesentliches Ziel der vorliegenden Erfindung ist auch die Antriebskomponenten elektrischer Fahrzeuge zu verkleinern und dabei Gewicht zu sparen, während die Leistungsfähigkeit des Systems dennoch möglichst hoch ausfällt. Eine hohe Traktionsleistung erfordert in elektrischen Antrieben häufig das Vorhandensein hoher Ströme, was jedoch auch zu einer erhöhten Erwärmung beiträgt und die maßgebend für elektrische Verluste sind und in Form von Wärme das System nachteilig erhitzen. Zudem erhöht ein kompakter und platzsparender Aufbau eines elektrischen Antriebs die Dichte der Komponenten des Aufbaus eines elektrischen Antriebs ebenso wie auch die Integration von mehreren Komponenten eines elektrischen Antriebs in einem Aufbau, wodurch eine umso effizientere und leistungsfähigere Kühlung erforderlich wird. Denn eine zu hohe Temperatur führt zur Limitierung der anliegenden Ströme, des vom elektrischen Antrieb erzeugten Drehmoments, als auch der erzeugten Antriebsleistung als auch zu einer Reduktion des Wirkungsgrades des elektrischen Antriebs.

Diese Probleme werden durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. So umfasst der hochintegrierte elektrische Antrieb neben einem Umrichter eine elektrische Maschine. So kann eine elektrische Maschine eines elektrischen Antriebs mittels eines in den elektrischen Antrieb integrierten Umrichters mit durch den integrierten Umrichter erzeugtem Wechselstrom versorgt werden, ohne dass es dazu weiteren Bauteilen oder Komponenten bedarf. Zudem wird die Wärme, die von sämtlichen Komponenten des hochintegrierten elektrischen Antriebs erzeugt wird, umfassend den integrierten Umrichter und die elektrische Maschine, durch einen zur Wärmeabfuhr optimierten Aufbau des elektrischen Antriebs mittels der Komponenten des elektrischen Antriebs selbst abgeleitet bzw. abgeführt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, dass keine Elemente vorgesehen werden müssen, die lediglich der Kühlung von Bauteilen des elektrischen Antriebs dienen und dass keine separaten Kühlkreisläufe an zu kühlende Bauteilen angeschlossen werden müssen. Stattdessen wird eine Kühlung bereits durch den Aufbau innerhalb des elektrischen Antriebs selbst ermöglicht und so wird die Kühlung der zu kühlenden Bauteile durch Umgestaltung und Nutzung bereits vorhandener Antriebselemente realisiert. Somit kann vorteilhaft Gewicht, die Anzahl der Antriebskomponenten als auch Material, das zur Kopplung an den thermischen Kreislauf notwendig wäre, als auch die zur Herstellung dieser Komponenten benötigte Zeit gespart werden, wodurch sich auch die Kosten und das Gewicht des elektrischen Antriebs reduzieren. Zudem erhöht sich durch diesen Aufbau die Qualität des elektrischen Antriebs, als auch dessen Leistungs- und die Drehmomentdichte.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

In einer Ausführungsform umfasst ein elektrischer Antrieb mindestens eine elektrische Maschine und mindestens einen Umrichter mit mindestens einem Leistungssystem, dazu eingerichtet, die mindestens eine elektrische Maschine mit Leistung zu versorgen. Das Leistungssystem umfasst ein Busbar-System, das elektrisch leitend mit einer Gleichstrom-Leistungsquelle gekoppelt ist, mindestens einen Kondensator, der mit dem Busbar-System elektrisch leitend gekoppelt ist, mindestens einen Halbleiterschalter, der mit dem Busbar-System elektrisch leitend gekoppelt ist und mindestens einen Phasenanschluss, der mit dem mindestens einen Halbleiterschalter elektrisch leitend gekoppelt ist. Der mindestens eine Teil des mindestens einen Leistungssystems ist thermisch leitend mit mindestens einem Teil der elektrischen Maschine gekoppelt, um Wärme aus dem mindestens einen Teil des mindestens einen Leistungssystems abzuführen.

In einer Ausführungsform ist der mindestens eine Teil der elektrischen Maschine mit dem das mindestens eine Leistungssystem thermisch leitend gekoppelt ist ein Maschinenmantel der mindestens einen elektrischen Maschine. Stattdessen oder zusätzlich kann der mindestens eine Teil des Leistungssystems auch mit mindestens einer Anschlusslasche des Busbar-Systems thermisch gekoppelt sein, die thermisch leitend mit dem Maschinenmantel gekoppelt ist. Stattdessen oder zusätzlich zu dem vorhergenannten kann der mindestens eine Teil der elektrischen Maschine auch mindestens eine oberflächenvergrößernde Struktur sein, welche an dem Maschinenmantel angeordnet ist. Stattdessen oder zusätzlich zu dem Vorhergenannten kann der mindestens eine Teil der elektrischen Maschine ein Lagerschild der mindestens einen elektrischen Maschine sein. Sämtliche dieser Varianten können einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander verwendet werden, um die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe zu lösen.

In einer Ausführungsform weist das Busbar-System ein Gleichstrom- Anschlussterminal auf, das elektrisch leitend mit der Gleichstrom-Leistungsquelle gekoppelt ist und das eine geknickte Verlängerung aufweist, die mindestens eine Anschlusslasche bildet, die außerhalb des Maschinenmantels der mindestens einen elektrischen Maschine angeordnet ist. In einer weiteren Ausführungsform weist das Busbar-System ein Gleichstrom-Anschlussterminal auf, das elektrisch leitend mit der Gleichstrom-Leistungsquelle gekoppelt ist und das eine geknickte Verlängerung des Busbar-Systems aufweist, die mindestens eine Anschlusslasche bildet, die außerhalb des Maschinenmantels der mindestens einen elektrischen Maschine in einer Anschlussbox angeordnet ist, wobei die Anschlussbox auf dem Maschinenmantel angeordnet ist. Alternativ zu den vorhergehenden Varianten kann das Busbar-System ein Gleichstrom-Anschlussterminal aufweisen, das auf dem Lagerschild und/oder einem Kühlkörper der elektrischen Maschine angeordnet ist, das elektrisch leitend mit der Gleichstrom-Leistungsquelle gekoppelt ist und das auf einem Lagerschild und/oder der elektrischen Maschine angeordnet ist. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, dass das Busbar-System eine geknickte Verlängerung aufweist, welche die mindestens eine Anschlusslasche zur elektrischen Kopplung mit der Gleichstrom-Leistungsquelle bildet. In einer Ausführungsform umfasst der elektrische Antrieb mindestens eine galvanische Kopplung, die mit einer Gleichstromquelle elektrisch leitend gekoppelt ist und die zur Leistungsversorgung an das Busbar-System gekoppelt ist. Die galvanische Kopplung kann an das Gleichstrom-Anschlussterminal gekoppelt sein.

In einer Ausführungsform umfasst der elektrische Antrieb ein Gehäuse, wobei die mindestens eine elektrische Maschine, der mindestens eine Umrichter, mindestens ein anschlussseitiges Ende von mindestens einer galvanischen Kopplung, welche das Busbar-System mit Gleichstrom versorgt, das Busbar-System, der mindestens eine Kondensator, der mindestens eine Halbleiterschalter und der mindestens eine Phasenanschluss in dem Gehäuse angeordnet sein. Das anschlussseitige Ende der mindestens einen galvanischen Kopplung kann jedoch auch außerhalb des Gehäuses angeordnet sein und so an eine freiliegende Kontaktierungsstelle des elektrischen Antriebs gekoppelt werden, wobei die freiliegende Kontaktierungsstelle durch das Gehäuse von den restlichen im Gehäuse befindlichen Komponenten abgedichtet ist.

In einer Ausführungsform versorgt der mindestens eine Phasenanschluss mindestens einen Nutstab in einem Stator der mindestens einen elektrischen Maschine mit Wechselstrom.

In einer Ausführungsform ist das Busbar-System ein Gleichstrom-System.

In einer Ausführungsform umfasst das Busbar-System mindestens zwei voneinander isolierte Busbarleiter.

In einer Ausführungsform ist der mindestens eine Phasenanschluss durch ein thermisch leitendes und elektrisch isolierendes Material mit einem Lagerschild der elektrischen Maschine thermisch leitend gekoppelt. In einer weiteren Ausführungsform ist der mindestens eine Phasenanschluss durch ein thermisch leitendes und elektrisch isolierendes Material mit einem Kühlkörper der elektrischen Maschine thermisch leitend gekoppelt. Beide Ausführungsformen können jedoch kombiniert werden und der Phasenanschluss kann thermisch leitend sowie elektrisch isolierend mit einem Kühlkörper und einem Lagerschild der elektrischen Maschine gekoppelt sein. In einer Ausführungsform dichtet ein O-Ring das thermisch leitende und elektrisch isolierende Material mit dem ein Phasenanschluss thermisch leitend mit einem Lagerschild der elektrischen Maschine gekoppelt ist gegenüber einem sich vom O-Ring in Richtung eines Stators der mindestens einen elektrischen Maschine erstreckenden Abschnitt des Phasenanschlusses ab.

In einer Ausführungsform wird das Leistungssystem durch den mindestens einen Kondensator und über das Lagerschild gekühlt.

In einer Ausführungsform ist das Lagerschild durch ein Thermal Interface Material, TIM, mit dem mindestens einen Kondensator thermisch leitend gekoppelt und der mindestens eine Kondensator ist thermisch und elektrisch leitend mit dem Busbar- System gekoppelt.

In einer Ausführungsform wird das Leistungssystem durch den mindestens einen Halbleiterschalter, der thermisch leitend mit dem Lagerschild gekoppelt ist, über das Lagerschild gekühlt.

In einer Ausführungsform ist der mindestens eine Halbleiterschalter thermisch und elektrisch leitend mit dem Busbar-System gekoppelt.

In einer Ausführungsform ist der mindestens eine Halbleiterschalter thermisch leitend mit einem Kühlkörper gekoppelt.

In einer Ausführungsform umfasst die mindestens eine elektrische Maschine einen Maschinenmantel, der einen Teil der Wand eines Gehäuses des elektrischen Antriebs bildet.

In einer Ausführungsform ist das Lagerschild magnetisch nicht-leitend und thermisch leitend.

In einer Ausführungsform wird das Leistungssystem durch einen Kühlkörper mit Kühlkanälen aktiv gekühlt. Stattdessen oder zusätzlich kann das Leistungssystem durch eine oberflächenvergrößernde Struktur, die auf einem Lagerschild der elektrischen Maschine angeordnet ist, aktiv gekühlt werden. Die aktive Kühlung der oberflächenvergrößernden Struktur kann durch den Fluss eines Fluids, wie einem Gas, einer Flüssigkeit und/ oder einem Kühlmedium, erfolgen.

In einer Ausführungsform wird das Busbar-System durch ein nicht leitendes, flüssiges Kühlmedium direkt gekühlt.

In einer Ausführungsform wird das Busbar-System durch einen aktiv gekühlten Maschinenmantel gekühlt. Zusätzlich oder stattdessen wird das Busbar-System durch ein aktiv gekühltes Lagerschild der elektrischen Maschine gekühlt.

In einer Ausführungsform weist die Isolation zwischen den Busbarleitern des Busbar- Systems zur Entwärmung der Busbarleiter Kanäle auf. Die Kanäle können Wandungen umfassen, welche teilweise durch das Busbar-System und teilweise durch die Isolation zwischen den Busbarleitern des Busbar-System definiert sind. Ein Kühlmedium, das zur Aufnahme von Wärme geeignet ist und das so die Busbarleiter entwärmt, kann durch die Kühlkanäle geführt werden.

In einer Ausführungsform sind die mindestens zwei Busbarleiter des Busbar-Systems mindestens zwei übereinanderliegende Leiter, wobei näher an einer Wärmesenke liegende Leiter der mindestens zwei übereinanderliegenden Leiter jeweils Aussparungen aufweisen, durch welche die Leiter der mindestens zwei übereinanderliegenden Leiter, die jeweils weiter als die näher an der Wärmesenke liegende Leiter von der Wärmesenke entfernt liegen, thermisch direkt an die Wärmesenke gekoppelt sind. Hierbei kann also jeder näher an der Wärmesenke liegende Leiter Aussparungen aufweisen, die das direkte thermische Koppeln von einem oder mehreren weiter entfernt liegenden Leitern an die Wärmesenke ermöglichen.

In einer Ausführungsform wird mindestens eine galvanische Kopplung, die die Gleichstrom-Leistungsquelle elektrisch leitend mit dem Leistungssystem koppelt, thermisch an das Leistungssystem gekoppelt und über mindestens einen Teil der elektrischen Maschine gekühlt. Die vorhergehende Zusammenfassung dient dazu, einige Ausführungsformen zusammenzufassen, um ein grundlegendes Verständnis der Aspekte des hier beschriebenen Gegenstands zu vermitteln. Dementsprechend sollten die oben beschriebenen Merkmale nicht so ausgelegt werden, dass sie den Umfang des hier beschriebenen Gegenstands einschränken. Darüber hinaus können die obigen und/oder weiterführenden Ausführungsformen in jeder geeigneten Kombination kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen bereitzustellen. Weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile des hier beschriebenen Gegenstands werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen ersichtlich.

Zeichnungen

Um die Art und Weise zu beschreiben, in der die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung implementiert sind, sowie andere Vorteile und Merkmale der Offenbarung zu definieren, wird nachfolgend eine genauere Beschreibung zur Verfügung gestellt. In den beigefügten Zeichnungen werden Aspekte der Beschreibung dargestellt, wobei gleiche Ziffern gleiche Elemente bezeichnen. Mit dem Verständnis, dass diese Zeichnungen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung darstellen und daher nicht als im Umfang einschränkend zu betrachten sind, werden die Ausführungsformen mit zusätzlichen Details durch die Verwendung der beigefügten Zeichnungen im Folgenden näher erläutert.

Fig. l zeigt einen elektrischen Antrieb in einer perspektivischen Ansicht.

Fig. 2 zeigt einen Teil eines Leistungssystems eines elektrischen Antriebs mit einem entfernten Teil einer Anschlussbox und mit einem am Umrichter entfernten Gehäuseteil in einer perspektivischen Ansicht.

Fig. 3 zeigt einen Teil eines Leistungssystems eines elektrischen Antriebs mit einem entfernten Teil einer Anschlussbox und mit einem am Umrichter entfernten Gehäuseteil in einer perspektivischen Schnittansicht. Fig. 4 zeigt einen Teil eines Leistungssystems eines elektrischen Antriebs mit einem entfernten Teil einer Anschlussbox und mit einem am Umrichter entfernten Gehäuseteil in einer weiteren perspektivischen Schnittansicht.

Fig. 5 zeigt einen Teil eines elektrischen Antriebs in einer perspektivischen Ansicht.

Fig. 6 zeigt einen Teil eines elektrischen Antriebs in einer perspektivischen Schnittansicht.

Fig. 7 zeigt einen Teil eines elektrischen Antriebs in einer perspektivischen Ansicht.

Detaillierte Beschreibung

Es folgt die Erläuterung der Erfindung anhand der Zeichnungen nach Aufbau und Wirkungsweise der dargestellten Erfindung. Die vorliegende Offenbarung ist angesichts der folgenden Erläuterungen besser zu verstehen:

Unter einem elektrischen Fahrzeug ist jedes Fahrzeug zu verstehen, das einen elektrischen Antrieb aufweist und das diesen zumindest teilweise, wie in Hybridfahrzeugen, oder allein, wie in Fahrzeugen mit ausschließlich einem oder mehreren elektrischen Antrieben, zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet. So können Boote oder Schiffe, Kraftfahrzeuge wie Autos, Busse oder Lastkraftwagen, als auch Fluggeräte wie Flugzeuge, Drohnen oder Helikopter, Schienenfahrzeuge oder sonstige Fahrzeuge, die unter diese Kategorien fallen, aber auch Kleinfahrzeuge wie Elektroroller, Elektrofahrräder als elektrische Fahrzeuge verstanden werden. Diese Liste ist nicht als abschließende Beschreibung zu verstehen, sondern nennt lediglich beispielhafte Formen von Fahrzeugen, die, wenn sie über einen elektrischen Antrieb verfügen, als elektrische Fahrzeuge zu verstehen sind.

Unter einer elektrischen Maschine, auch als Motor bezeichnet, ist vorliegend eine elektrische Maschine zu verstehen, die hauptsächlich im motorischen Betrieb als Antrieb verwendet wird, die zudem aber auch im generatorischen Betrieb verwendet werden kann, wie zur Rekuperation von Energie. Eine elektrische Maschine im Sinne eines Motors der vorliegenden Erfindung umfasst einen Rotor und einen Stator mit Nuten, wobei die Nuten des Stators nicht mit Wicklungen, die üblicherweise aus mehreren Windungen einer Drahtwicklung, wie einer Kupferdrahtwicklung, bestehen, gefüllt sind, sondern mit Stäben. Diese Stäbe sind massive Metallelemente, die die Nuten anders als übliche Drahtwicklungen nahezu vollständig ausfüllen. Sie bestehen aus Vollmaterial und weisen eine hohe Steifigkeit auf, sodass sie beim Fügeprozess in eine Nut nicht verformt werden. Ein Nutstab entspricht im technischen Sinne einer Wicklung mit einer Windungszahl gleich 1/2. Ein Nutstab ist gegenüber einer Drahtwicklung jedoch robuster und stabiler und ein Nutstab wird als massives Metallbauteil hergestellt, beispielsweise durch ein Extrusionsverfahren oder durch ein anderes hierfür geeignetes Verfahren wie ein Gussverfahren, Strangpressen, Kaltumformen oder Stanzen. Der Stab kann aus Aluminium oder jedem anderen leitenden Metall wie Kupfer, oder auch aus einem anderen elektrisch leitfähigen Material wie Graphit hergestellt sein.

Unter einer Anschlussbox ist ein Bauteil oder Gehäuse oder ein Teil eines Antriebsgehäuses zu verstehen, welches Komponenten zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Kopplung zwischen elektrischen Leitern oder mit Komponenten, die außerhalb des Antriebs liegen, umfasst.

Unter einem Gleichstrom-Anschlussterminal ist ein elektrisch koppelndes Bauteil zu verstehen, dass es ermöglicht einen an das Gleichstrom-Anschlussterminal angeschlossenen elektrischen oder elektronischen Schaltkreis mit Gleichstrom zu versorgen. Es kann sich dabei um eine Steck-, Schraub-, Klemm-, Schweiß- oder anderweitige Verbindung handeln, die dazu geeignet ist, eine elektrische leitfähige Kopplung zwischen zwei elektrischen Leitern herzustellen. Die Verbindung kann sowohl lösbar als auch nicht lösbar ausgeführt sein.

Unter einem Maschinenmantel ist eine Wand oder ein Teil eines Gehäuses zu verstehen, welche eine elektrische Maschine umhüllt. Der Maschinenmantel kann zur mechanischen Anordnung und Befestigung der Komponenten der elektrischen Maschine dienen und stellt somit einen Teil einer elektrischen Maschine oder eines elektrischen Antriebs dar.

Unter einem Busbar-System ist eine Schaltung zu verstehen, die als grundlegendes Element einen Busbar verwendet. Ein Busbar wird auch als Sammelschiene bezeichnet. Unter einem Busbar ist eine Anordnung von Leitern, die als zentraler Verteiler von elektrischer Energie dienen, zu verstehen. An diese Leiteranordnung sind alle ankommenden und abgehenden Leiter gekoppelt, die das durch das Busbar-System mit Energie versorgt werden. Unter einem Busbarleiter ist folglich ein Busbar oder eine Sammelschiene des Busbar-Systems zu verstehen. Unter einer Anschlusslasche ist ein Teil eines Busbars oder eines Busbar-Systems zu verstehen, welches den elektrischen Anschluss einer externen Energiequelle zu dem Busbar-System ermöglicht.

Unter einem Phasenanschluss ist ein Teil einer elektrischen Maschine zu verstehen, welcher Leistungselektronik des Umrichters eines elektrischen Antriebs, wie Halbleiterschalter des Umrichters, mit mindestens einem Phasenstromzweig der elektrischen Maschine, welcher seinerseits mindestens einen Nutstab oder eine Drahtwicklung umfassen kann, mit Wechselstrom versorgt. Der Phasenstromzweig oder Nutstab ist in einem Stator der elektrischen Maschine angeordnet.

Unter einem Lagerschild ist der hintere oder der vordere Deckel einer elektrischen Maschine zu verstehen, der das Maschineninnere gegen Berührung schützt und der das Lager des Wellenendes des Rotors aufnimmt, das heißt das Lagerschild trägt die mechanische Last des Rotors.

Unter einem Halbleiterschalter, auch als elektronischer Schalter oder Analogschalter bezeichnet, ist ein Bestandteil einer elektronischen Schaltung, die die Funktion eines elektromechanischen Schalters realisiert, zu verstehen. Dabei können als Schaltelemente Feldeffekttransistoren, FET, und Bipolartransistoren sowie Dioden verwendet werden. In Kombination mit Vorschaltwiderständen werden Bipolartransistoren in Schaltanwendungen auch als Digitaltransistor bezeichnet. Zudem können auch Thyristoren und Halbleiterrelais als Halbleiterschalter verstanden werden.

Unter einer elektrischen Kopplung, auch als elektrische Verbindung oder elektrisch leitfähige/leitende Kopplung oder Verbindung bezeichnet, ist eine Kopplung von Elementen, Komponenten oder Bauteilen auf eine Weise zu verstehen, die dazu führt, dass elektrische Signale sowie Ströme und Spannungen zwischen den so gekoppelten Elementen, Komponenten oder Bauteilen ausgetauscht oder geleitet werden können. So kann eine elektrisch leitende Kopplung zur Versorgung eines elektronischen Bauteils dienen und zum Schließen eines elektrischen Schaltkreises zwischen entsprechenden Bauteilen oder Elementen dienen. Die Kopplung selbst erfolgt unter Verwendung eines Materials, das ein elektrischer Leiter oder Halbleiter ist und dass die zu koppelnden Komponenten, Elemente oder Bauteile mechanisch miteinander verbindet. Anstatt von einer elektrischen Kopplung kann auch von einer galvanischen Leitung gesprochen werden.

Unter einer oberflächenvergrößernden Struktur ist eine Gestaltung einer Komponente zu verstehen, die gegenüber einer Komponente ohne die oberflächenvergrößernde Struktur eine größere Oberfläche aufweist. Beispielsweise können unter einer oberflächenvergrößernden Struktur Kühlrippen, Stifte, Erhebungen, Öffnungen,

Löcher und Dome verstanden werden, welche auf der Komponentenoberfläche angeordnet sind und die somit die Manteloberfläche der Komponente um die Manteloberfläche dieser Rippen, Stifte, Erhebungen, Öffnungen, Löcher oder Dome ergänzt. Eine oberflächenvergrößernde Struktur kann somit der verbesserten Kühlung der Komponente dienen, da die Konvektionsfläche erhöht wird, über welche eine Abfuhr von Wärme erfolgen kann.

Unter einer thermischen Kopplung, auch als thermische Verbindung oder thermisch leitfähige/leitende Kopplung oder Verbindung bezeichnet, ist eine Kopplung von zwei Elementen oder Bauteilen auf eine Weise zu verstehen, die dazu führt, dass Wärme zwischen den gekoppelten Bauteilen, Komponenten oder Elementen effizient ausgetauscht bzw. geleitet werden kann. Ob ein effizienter Wärmeaustausch oder eine effiziente Wärmeleitung möglich ist, hängt insbesondere von der Wärmeleitfähigkeit als auch der Konvektions- oder Kontaktfläche zwischen den thermisch gekoppelten oder verbundenen Bauteilen, Elementen oder Komponenten ab. Generell gilt, dass eine thermische Kopplung aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit eine kleinere Kontakt- bzw. Konvektionsfläche aufweisen kann als eine thermische Kopplung aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, um eine effiziente Wärmeleitung zu ermöglichen. Die thermische Kopplung dient dabei dem Zweck der Kühlung von wärmeerzeugenden oder wärmebehafteten Bauteilen, Komponenten oder Elementen, um diese vor Überhitzung zu schützen und um die Lebensdauer, Effizienz und Leistungsfähigkeit zu verbessern. Zudem kann die Anzahl von Kondensatoren, die erforderlich sind, bei einer verbesserten Kühlung reduziert werden, wodurch die Kosten vorteilhaft sinken und wodurch das Leistungsgewicht steigt. Ausgehend von diesen Hintergründen ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung zu berücksichtigen, dass nicht schon jede allgemeine elektrische Kopplung oder Verbindung zwischen Bauteilen, Elementen oder Komponenten als eine thermische Kopplung zwischen diese Bauteilen, Elementen oder Komponenten verstanden werden kann, auch wenn viele elektrische Leiter eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Denn eine elektrische Kopplung oder Verbindung dient in erster Linie dem Zweck der elektrischen Kopplung und der typische Materialquerschnitt von elektrischen Kopplungen oder Verbindungen ist so gewählt, dass die Konvektions- bzw. Kontaktfläche der elektrischen Kopplung oder Verbindung zu gering ist, um einen ausreichenden Beitrag zu einer effizienten Wärmeabfuhr zu leisten. Dies ist für die vorliegende Erfindung insofern entscheidend, weil die beschriebenen Bauteile, Komponenten oder Elemente mit hohen Strömen und elektrischen Leistungen behaftet sind oder betrieben werden, was zur Erzeugung entsprechend hoher Wärmemengen führt, welche gerade nicht durch irgendeine elektrische Kopplung abgeführt werden können. Allerdings kann eine elektrische Kopplung oder Verbindung dann für die vorliegende Erfindung eine ausreichende Wärmeabfuhr leisten und somit als thermische Kopplung im Sinne der vorliegenden Erfindung gelten, wenn sie eine größere Konvektions- bzw. Kontaktfläche aufweist, wobei eine größere Konvektions oder Kontaktfläche gemeint ist als die einer typischen elektrischen Kopplung. Von diesem Verständnis der thermischen Kopplung ist für die vorliegende Erfindung nur dann abzuweichen, wenn dies an entsprechender Stelle anders beschrieben ist.

Unter einem Hochstromsystem ist ein System zu verstehen, dass mit hohen Strömen und niedrigen Spannungen arbeitet. Die hier beschriebenen elektrischen Antriebe und Maschinen können somit mit hohen Strömen und geringen Spannungen betrieben werden. In einem Beispiel kann unter einer solchen niedrigen Spannung ein Bereich von unter 100 Volt, vorzugsweise unter 60 Volt, oder auch 48 Volt und eine beliebige noch niedrigere Spannung sein. Die Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt und es sind auch hiervon abweichende Spannungen und Ströme möglich, um die für die jeweilige Anwendung geeignete Leistung zu erreichen. Fig. l zeigt einen elektrischen Antrieb io in einer perspektivischen Ansicht. Der elektrische Antrieb io umfasst einen Umrichter n, der als ein integrierter Teil im elektrischen Antrieb io angeordnet ist. Es handelt sich somit um einen integrierten Umrichter, der im Gehäuse 15 des elektrischen Antriebs 10 angeordnet ist. Die integrierte Anordnung des Umrichters 11 ermöglicht es, dass der elektrische Antrieb 10 besonders kompakt gestaltet werden kann. Denn üblicherweise werden Umrichter als separate oder externe Vorrichtungen verwendet, sodass ein weiteres Gehäuse, Schaltungselemente und elektrische Kopplungselemente erforderlich wären, die ihrerseits allesamt Bauraum beanspruchen. Dies führt zu einem größeren Platzbedarf des Antriebssystems als auch zu einem höheren Systemgewicht. Beides ist nachteilhaft, insbesondere auch im Einsatz für elektrische Fahrzeuge jeder Art.

Der elektrische Antrieb 10 umfasst zudem eine elektrische Maschine 12, die ein in den elektrischen Antrieb 10 integrierter Motor ist. Obwohl zur Vereinfachung der Beschreibung nachfolgend meist von einer elektrischen Maschine die Rede ist, kann der elektrische Antrieb 10 gemäß der vorliegenden Erfindung auch mehrere elektrische Maschinen umfassen und ist nicht auf eine elektrische Maschine beschränkt. Eine elektrischen Maschine 12 umfasst zumindest einen Rotor und einen Stator. Im Stator sind Nuten vorgesehen durch welche Phasenstromzweige verlaufen. Die Phasenstromzweige dienen der Erzeugung eines magnetischen Feldes, das sich aufgrund des in den Phasenstromzweigen anliegenden Wechselstromes permanent ändert. Im Falle einer Asynchronmaschine werden durch die Änderung des Feldes im Rotor der elektrischen Maschine Spannungen induziert, die Ströme hervorrufen, was die Rotation des Rotors und somit die Bewegung der elektrischen Maschine bewirkt.

Im Falle einer Synchronmaschine entsteht durch die Änderung des Feldes zwischen Rotor und Stator eine magnetische Energie, die das System durch Verdrehung des Rotors zu minimieren versucht. Die Funktionsweise einer elektrischen Maschine 12 ist dem Fachmann jedoch bekannt und wird an dieser Stelle deshalb nicht weitergehend beschrieben und die elektrische Maschine 12 ist weder auf eine Asynchronmaschine noch auf eine Synchronmaschine eingeschränkt, kann jedoch eine solche sein. Obwohl zur Vereinfachung der Beschreibung nachfolgend meist auch von einem Umrichter 11 die Rede ist, kann der elektrische Antrieb 10 gemäß der vorliegenden Erfindung auch mehrere Umrichter umfassen und ist nicht auf einen Umrichter beschränkt. Der elektrische Antrieb 10 umfasst zudem eine Anschlussbox 13, welche auf dem Maschinenmantel 16 eines Gehäuses 15 des elektrischen Antriebs 10 angeordnet ist. Der Maschinenmantel 16 stellt dabei die Gehäusewand des Gehäuses 15 im Bereich der elektrischen Maschine 12 dar. Die Anschlussbox 13 dient dem Anschluss des elektrischen Antriebs 10 an eine oder mehrere externe Energiequellen, die in den Zeichnungen nicht dargestellt sind. Dazu wird mindestens eine galvanische Kopplung 14, wie ein Kabel, das von einer oder mehreren Gleichstromquellen, wie einer Batterie oder einem Batteriesystem eines elektrischen Fahrzeugs, ausgeht an die Anschlussbox 13 und die darin vorhandenen elektrischen Anschlüsse gekoppelt. So kann der elektrische Antrieb 10 mit Gleichstrom versorgt werden, der dann vom Umrichter 11 in einen Wechselstrom gewandelt wird, um die Phasenstromzweige der elektrischen Maschine 12 mit Wechselstrom zu versorgen. Obwohl in Fig. 1 mehrere Kabel und entsprechende Anschlüsse der Anschlussbox 13 dargestellt sind, kann jede beliebige Anzahl von Kabeln, wie auch nur ein Kabel oder mehr als ein Kabel, verwendet werden. Wenn nur ein Kabel verwendet wird, bedeutet dies nicht, dass nur eine Phase mittels des Kabels angeschlossen werden kann, da auch ein mehrphasiges oder ein mehrpoliges Kabel, wie ein Koaxialkabel, verwendet werden kann. Das Gehäuse 15 des elektrischen Antriebs 10 kann mindestens eine elektrische Maschine 12, mindestens einen Umrichter 11, ein Busbar-System 20, mindestens einen Kondensator 60, mindestens eine Halbleiterschalter 70 und mindestens einen Phasenanschluss 30 behausen. Zur Versorgung mit Strom weist der elektrische Antrieb 10 innerhalb des Gehäuses 15 ein Leistungssystem mit einem Busbar-System 20 auf, das nachfolgend näher erläutert wird. Anstatt eines Kabels kann die galvanische Kopplung 14 jedoch auch jeder andere geeignete Leiter sein, wie ein Busbarleiter, ein Busbar-System, oder eine anderweitige Zuleitung. Für diese Varianten sind die vorhergehend zum Kabel beschriebenen Aspekte analog anwendbar.

Fig. 2 zeigt einen elektrischen Antrieb 10 mit einem entfernten Teil einer Anschlussbox 13 und mit einem am Umrichter 11 entfernten Gehäuseteil in einer perspektivischen Ansicht. Der gegenüber Fig. 1 entfernte Teil der Anschlussbox 13 umfasst den Deckel der Anschlussbox 13 mit den Anschlüssen für mindestens eine galvanische Kopplung 14. Dadurch ist ein Blick in einen Teil des Inneren der Anschlussbox 13 möglich, wobei Anschlussbox 13 neben den in Fig. 2 dargestellten Komponenten noch über weitere verfügen kann. Zudem ist in Fig. 2 der Teil des Gehäuses 15 entfernt, der den vorderen Teil des elektrischen Antriebs 10 umhüllt und unter welchem der Umrichter 11 angeordnet ist. Dadurch ist ein Blick auf einen Teil des Umrichters 11 möglich, wobei Umrichter 11 neben den in Fig. 2 dargestellten Komponenten noch über weitere verfügen kann.

Das Leistungssystem kann in einer Ausführungsform der Erfindung ein Busbar-System 20, mindestens einen Kondensator 6o, mindestens einen Halbleiterschalter 70, der auf einer Baugruppe 43 angeordnet sein kann, sowie mindestens einen Phasenanschluss 30 umfassen. Das Leistungssystem stellt im Sinne der Erfindung das Energieversorgungssystem für die mindestens eine elektrische Maschine 12 dar. Somit umfasst das Leistungssystem auch Komponenten oder Bauteile, die als Teil des Umrichters 11 oder der elektrischen Maschine 12 betrachtet werden können und die dem Stromfluss von einer externen Leistungsquelle hin zu Phasenstromzweigen des Stators 42 der mindestens einen elektrischen Maschine 12 dienen.

In Fig. 2 ist ein Teil eines Leistungssystems des elektrischen Antriebs 10 dargestellt, welches ein Busbar-System 20 des elektrischen Antriebs 10 umfasst. Das Busbar- System kann einen vorderen Busbarleiter 21, einen hinteren Busbarleiter 22, eine Anschlusslasche des vorderen Busbarleiters 23 als auch eine Anschlusslasche des hinteren Busbarleiters 24 umfassen, ist hierauf jedoch nicht beschränkt und kann stattdessen auch ohne Anschlusslaschen ausgebildet sein, sodass die elektrische Kopplung an eine energiezuführende Quelle direkt an das Busbar-System erfolgen kann. In beiden Fällen kann das Busbar-System 20 elektrisch leitend mit einer Gleichstrom-Leistungsquelle gekoppelt sein. Ebenso kann das Busbar-System 20 mehr als zwei Busbarleiter umfassen. Das Busbar-System 20 ist in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Gleichstrom-System, sodass die Anschlusslaschen 23 und 24 jeweils einen Plus- und einen Minuspol des Gleichstromsystems bilden können und sodass die Busbarleiter eine der beiden positiven und negativen Phasen des Gleichstromsystems bilden. Werden mehr als zwei Anschlusslaschen verwendet, sind entsprechend mehrere positive und/oder negative Pole/Phasen möglich. Sowohl der Busbarleiter 21 als auch der Busbarleiter 22 kann entweder eine positive oder eine negative Phase des Gleichstromsystems bilden. Zum Bilden einer oder mehrerer Anschlusslaschen 23, 24 kann das Busbar-System 20 eine geknickte Verlängerung aufweisen, wobei der geknickte Teil der Verlängerung mindestens eine Anschlusslasche bildet, wie in Fig. 2 dargestellt. Dieser Teil des Busbar-Systems 20 kann ein Gleichstrom-Anschlussterminal bilden, das elektrisch leitend mit einer Gleichstrom-Leistungsquelle gekoppelt ist. Der Knick des Busbar- Systems ist in Fig. 2 mit einem rechten Winkel von 90° dargestellt, der Winkel kann jedoch auch hiervon abweichen. Der so umgeknickte Teil des Busbar-Systems 20 mit der mindestens einen Anschlusslasche 23, 24 kann außerhalb des Maschinenmantels 16 der mindestens einen elektrischen Maschine 12 verlaufen und so in eine Anschlussbox 13 geführt sein, die auf dem Maschinenmantel 16 angeordnet ist, wie in Fig. 2 dargestellt. Durch eine solche Anordnung kann die mindestens eine Anschlusslasche 23, 24 des Busbar-Systems 20 an den Maschinenmantel 16 gekoppelt sein, wodurch eine Kühlung der mindestens einen Anschlusslasche und somit eines Teils des Busbar-Systems 20 und des Leistungssystems über den Maschinenmantel 16 erreicht werden kann. Mit anderen Worten kann die mindestens eine Anschlusslasche 23, 24 mit dem Maschinenmantel 16 thermisch so gekoppelt werden, dass eine effiziente Kühlung der Anschlusslaschen und des Busbar-Systems 20 aufgrund eines hierfür ausreichenden Wärmeleitpotentials besteht.

Davon abweichend kann der geknickte Teil des Busbar-Systems 20, anders als in Fig. 2 dargestellt, auch nicht in einer Anschlussbox 13 angeordnet sein. In einem solchen Fall kann der elektrische Antrieb 10 ohne Anschlussbox 13 gestaltet sein. Das Busbar- System 20 mit mindestens einer Anschlusslasche 23, 24 liegt in diesem Fall frei, sodass eine einfachere Zugänglichkeit für ein Anschlussmittel erreicht werden kann. Auch in diesem Fall kann die mindestens eine Anschlusslasche 23, 24 gemäß allen hier beschriebenen Aspekten und Ausführungsformen thermisch an den Maschinenmantel 16 gekoppelt sein, um eine effiziente Kühlung der mindestens einen Anschlusslasche 23, 24 zu erreichen.

Dafür weist die mindestens eine Anschlusslasche 23, 24 eine in Richtung des Maschinenmantels 16 im Wesentlichen parallel ausgerichtete Fläche auf, die als Kontakt- bzw. Konvektionsfläche das Wärmeleitpotential zu dem Maschinenmantel 16 vorteilhaft erhöht. Dies ist in Fig. 2 dargestellt, wonach die Anschlusslaschen 23, 24 in einer Ausführungsform jeweils eine Fläche umfassen, die im Wesentlichen parallel zum Maschinenmantel 16 ausgerichtet ist. Durch die im Wesentlichen parallele Ausrichtung wird die Kontakt- bzw. Konvektionsfläche zwischen den Anschlusslaschen 23, 24 und dem Maschinenmantel 16 vorteilhaft vergrößert. Da der Maschinenmantel 16 in einer Ausführungsform im Wesentlichen eine Zylinderform aufweist, können die Anschlusslaschen 23, 24 zur weiteren Maximierung der Kontaktfläche in einer entsprechend gekrümmten Form gestaltet sein, welche der Krümmung der Maschinenmantelfläche entspricht.

In Fig. 2 sind die Anschlusslaschen jedoch nicht gekrümmt dargestellt. In einer solchen Ausführungsform können die Anschlusslaschen durch mindestens eine oberflächenvergrößernde Struktur, die zwischen den Anschlusslaschen 23, 24 und dem Maschinenmantel 16 angeordnet ist, mit dem Maschinenmantel 16 thermisch gekoppelt sein. Hierdurch kann die Kontakt- bzw. Konvektionsfläche zwischen den Anschlusslaschen 23, 24 und dem Maschinenmantel 16 vorteilhaft erhöht werden und die oberflächenvergrößernde Struktur kann zudem selbst Konvektionsflächen bilden, die sowohl in einer passiven als auch aktiven Kühlungsweise die Kühlwirkung vorteilhaft erhöhen. Die oberflächenvergrößernde Struktur ist jedoch nicht zwingend für die vorliegende Erfindung notwendig und eine ausreichende Kühlung kann auch ohne diese bewirkt werden.

Die mindestens eine Anschlusslasche 23, 24 des Busbar-Systems 20 kann auch unabhängig davon, ob die Anschlusslaschen gekrümmt gestaltet sind oder nicht, das heißt in jeder Ausführungsform, thermisch leitend mit mindestens einer oberflächenvergrößernden Struktur, welche an dem Maschinenmantel 16 angeordnet ist, gekoppelt sein. Dadurch kann die Kühlwirkung gegenüber der alleinigen Kopplung der mindestens einen Anschlusslasche 23, 24 mit dem Maschinenmantel 16 weiter erhöht werden, da die oberflächenvergrößernde Struktur selbst als passives oder aktives Kühlmittel dient, wodurch die Oberfläche zur Konvektion, das heißt zur Wärmeübertragung, weiter erhöht wird.

Der Maschinenmantel 16 kann als passives Kühlelement dienen, welches wie ein Radiator Wärme über seine Oberfläche durch Konvektion oder Oberflächenkonvektion abgibt. Andererseits kann der Maschinenmantel auch aktiv gekühlt werden. Eine aktive Kühlung des Maschinenmantels ist für das Erreichen einer vorteilhaft kühlenden Wirkung allerdings nicht zwingend notwendig. In dieser Ausführungsform kann der Maschinenmantel 16 und das Lagerschild 50 so gebildet sein, dass sie möglichst großflächig nah und parallel am Busbar-System 20 verlaufen. Ein Thermal Interface Material, TIM, kann zwischen dem Busbar-System und so gebildetem Maschinenmantel 16 oder Lagerschild 50 eine Wärmeleitung herstellen.

Zudem kann die mindestens eine Anschlusslasche das Busbar-Systems 20 an eine Gleichstrom-Leistungsquelle koppeln, sodass zwischen der Anschlusslasche und einem Mittel durch welches die Gleichstrom-Leistungsquelle angeschlossen wird auch eine thermisch leitende Verbindung besteht. In einer solchen Ausführungsform kann auch das Mittel mit dem die Gleichstrom-Leistungsquelle angeschlossen wird durch die Anschlusslasche und den Maschinenmantel 16 gekühlt werden. Dies ist insbesondere bei Hochstromsystemen sinnvoll, da sich bei diesen aufgrund des hohen zu leitenden Stroms auch das Anschlussmittel stark erwärmen kann, was nachteilhaft zur Reduktion der elektrischen Effizienz und des Wirkungsgrades des elektrischen Antriebs 10 führt. Bei dem Anschlussmittel kann es sich um mindestens eine galvanische Kopplung 14, wie ein Kabel, aber auch um eine beliebige Anzahl von galvanischen Kopplungen 14 oder Kabeln handeln. Umso mehr galvanische Kopplungen verwendet werden, desto kleiner kann der Querschnitt dieser sein, wodurch die individuellen galvanischen Kopplungen flexibler und damit besser verformbar sind. Durch die Verwendung mehrerer flexibler galvanischer Kopplungen anstatt von wenigen und deshalb stärkeren und unflexibleren galvanischen Kopplungen kann der elektrische Antrieb 10 vorteilhaft platzsparender verbaut werden, da der Biegeradius der galvanische Kopplung, wie einem Kabel, geringer ausfällt. Unabhängig von der Anzahl der galvanische Kopplungen 14 können diese als Anschlussmittel für ein Hochstromsystem jedoch insgesamt, das heißt der Gesamtquerschnitt von einer dickeren bzw. von mehreren dünneren galvanischen Kopplungen, mit einem so hohen Leiterquerschnitt gestaltet sein, dass der Querschnitt der mindestens einen galvanischen Kopplung 14 eines Hochstromsystems allein ausreicht, um eine effiziente Wärmeabfuhr aus der mindestens einen galvanischen Kopplung 14 durch die elektrische Kopplung der mindestens einen galvanischen Kopplung 14 an die mindestens eine Anschlusslasche 23, 24 der Anschlussbox 13 zu bewirken. Somit kann in einer Ausführungsform in der die Anschlusslaschen 23, 24 oder das Busbar-System 20 eine thermische Kopplung an mindestens ein zur Kühlung der Anschlusslaschen 23, 24 oder des Busbar-Systems 20 geeigneten Bauteils aufweisen auch das Anschlussmittel, wie die mindestens eine galvanische Kopplung 14, vorteilhaft effizient gekühlt werden, was die Verluste im Anschlussmittel bzw. der galvanischen Kopplung 14 reduziert und somit den Wirkungsgrad des elektrischen Antriebs 10 erhöht.

Anstatt einer geknickten Verlängerung kann das Busbar-System 20, anders als in Fig. 2 dargestellt, auch ein Gleichstrom-Anschlussterminal aufweisen, das auf einem Lagerschild 50 oder einem Kühlkörper 51 der elektrischen Maschine 12 angeordnet ist. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, dass das Busbar-System eine geknickte Verlängerung aufweist, welche mindestens eine Anschlusslasche 23, 24 zur elektrischen Kopplung mit der Gleichstrom-Leistungsquelle bildet. Die Kühlung des Busbar- Systems 20 und somit eines Teils des Leistungssystems kann dabei durch das Lagerschild 50 oder den Kühlkörper 51 erfolgen. Wie bereits vorhergehend hinsichtlich des Maschinenmantels 16 beschrieben, kann auch das Lagerschild 50, aber auch der Kühlkörper 51 passiv oder aktiv gekühlt sein. Somit kann auch die Gleichstrom- Leistungsquelle, die in dieser Variante mit dem Gleichstrom-Anschlussterminal gekoppelt ist, durch das mit dem Lagerschild oder dem Kühlkörper verbundene Gleichstrom-Anschlussterminal gekühlt werden. Dies ermöglicht analog der vorhergehenden Ausführungsform, dass das Anschlussmittel, wie die mindestens eine galvanische Kopplung 14, vorteilhaft durch das Lagerschild 50 oder den Kühlkörper 51 der elektrischen Maschine 12 gekühlt werden kann. Zudem kann in dieser Ausführungsform auch nur das Busbar-System 20 ohne Gleichstrom- Anschlussterminal 20 auf dem Lagerschild 50 oder dem Kühlkörper 51 angeordnet sein, wobei die vorhergehenden Aspekte analog hierfür anwendbar sind und hierfür gelten. Zuletzt können die vorhergehend erläuterten Ausführungsformen auch miteinander verbunden werden, sodass das Busbar-System 20 auch auf dem Kühlkörper 51 angeordnet sein kann, welcher seinerseits auf dem Lagerschild 50 der elektrischen Maschine 12 angeordnet sein kann, oder umgekehrt. Auch in diesen Varianten sind die vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen zueinander kompatibel. Somit kann das Busbar-System 20 und/oder das Gleichstrom- Anschlussterminal sowohl auf dem Lagerschild 50 als auch gleichzeitig auf dem Kühlkörper 51 angeordnet sein oder umgekehrt. Das Leistungssystem muss gemäß der vorliegenden Erfindung durch mindestens einen seiner Teile mit einem Teil der elektrischen Maschine 12 thermisch gekoppelt sein, sodass Wärme aus dem Leistungssystem in den angekoppelten Teil der elektrischen Maschine 12 abgeführt werden kann. Dies kann durch die vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen erreicht werden, das heißt unter Verwendung des Maschinenmantels 16 oder des Lagerschilds 50 des elektrischen Antriebs 12 als einen Teil der elektrischen Maschine 12, an den mindestens ein Teil des Leistungssystems, wie dem Busbar-System 20 oder den Anschlusslaschen 23, 24, thermisch gekoppelt ist. Allerdings schließt eine Möglichkeit der Kühlung eine andere hier beschriebene Möglichkeit der Kühlung nicht aus. Durch die Kombination mehrere Kühlungsmöglichkeiten kann die Kühlung und somit Effizienz des elektrischen Antriebs 10 vorteilhaft weiter erhöht werden. Somit können auch der Maschinenmantel 16, mindestens eine Anschlusslasche 23, 24 des Busbar-Systems 20, mindestens eine oberflächenvergrößernde Struktur am Maschinenmantel 16 und das Lagerschild 50 gemeinsam oder in einer beliebigen Kombination miteinander zur Kühlung des Leistungssystems verwendet werden. Es ist allerdings ausreichend einen Teil des Leistungssystems thermisch an einen Teil der elektrischen Maschine 12 zu koppeln, um eine ausreichende Kühlwirkung zu erzielen. Somit wird durch das thermische Koppeln mehrerer Teile anstatt nur jeweils eines Teils die Kühlwirkung erhöht, sodass die Effizienz und der Wirkungsgrad des elektrischen Antriebs 10 so vorteilhaft steigt.

Die Busbarleiter 21 und 22 sind in den beigefügten Zeichnungen als plattenförmige Leiter abgebildet, die einen im Wesentlichen runden Querschnitt aufweisen. Die Busbarleiter können jedoch auch in jeder beliebigen vom runden Querschnitt abweichenden Form und auch in einer von der Plattenform abweichenden Art und Weise gestaltet sein. So können die Leiter 21, 22 in Form eines oder mehrerer Stäbe mit gerade, geknickt oder gebogen verlaufenden Abschnitten, oder in einer anderen Form gestaltet sein, die geeignet ist Ströme zu tragen und weitere elektronische Bauteile mit dem Busbar-System 20 zu koppeln. Es muss in jeder Ausführungsform jedoch sichergestellt werden, dass die Gestaltung der Busbarleiter des Busbarsystems ein einfaches elektrisches Koppeln sämtlicher mit Strom zu versorgenden Bauteilen oder Komponenten des elektrischen Antriebs 10 ermöglicht wird. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn das Busbar-System 20 über Leiter mit großem Querschnitt oder großer Oberfläche aufweisen, da das Busbar-System zum einen die gesamte elektrische Leistung transportieren können muss, als auch zum anderen den Anschluss eine Vielzahl von elektronischen/elektrischen Bauteilen oder Schaltungen leisten muss. Durch die in Fig. 2 dargestellte Plattenform ist dies sichergestellt, da elektrische Kopplungen über die gesamte Plattenfläche hinweg ermöglicht wird und da der Leiterquerschnitt somit ausreichend hoch ist, um auch hohe Ströme und große Leistungen verlustarm, das heißt mit geringen Leitungswiderständen, bereitzustellen.

Das Busbar-System 20 kann mit verschiedenen elektronischen Bauteilen des elektrischen Antriebs io gekoppelt sein. So kann mindestens ein Kondensator 6o und/oder mindestens ein Halbleiterschalter 70 elektrisch leitend mit dem Busbar- System 20 gekoppelt sein. Die elektrische Kopplung kann dabei durch ein Material erfolgen, welches neben einer elektrischen Leitfähigkeit auch eine thermische Leitfähigkeit aufweist. Wenn ein elektrisch und thermisch leitendes Material verwendet wird, kann durch das Busbar-System 20 neben seiner grundlegenden Funktion, die daran angeschlossenen elektronischen Bauteile mit Strom zu versorgen, auch gleichzeitig eine wärmeleitende Funktion erfüllt werden. Somit kann bei einer Architektur, die das Abführen von Wärme aus dem Busbar-System 20 ermöglicht, das Busbar-System 20 gleichzeitig als wärmeabführendes Mittel dienen. So kann erreicht werden, dass sämtliche elektronischen Komponenten, die an das Busbar-System 20 angeschlossen sind, ohne weitergehende Maßnahmen zur Kühlung dieser Komponenten, wie einem Anschluss von separaten Elementen eines Kühlungskreislaufs oder eines anderweitigen Kühlsystems, effizient gekühlt werden. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass auch die Bauteile, die in einem hochintegrierten elektrischen Antrieb wie dem elektrischen Antrieb 10 der vorliegenden Erfindung mit integriertem Umrichter 11 und integrierter elektrischer Maschine 12 verbaut sind, in einer sehr platzsparenden, leichten und kompakten Art und Weise gekühlt werden können, was zur Erhöhung des Wirkungsgrades und der Leistungsfähigkeit des elektrischen Antriebs 10 führt. Dies vereinfacht zudem den Aufbau und die Herstellung des elektrischen Antriebs 10, da viele wärmeerzeugende Bauteile des elektrischen Antriebs nur schwer für separate Kühlmittel zugänglich sind. Zudem erhöht ein solcher Aufbau die Zuverlässigkeit des elektrischen Antriebs, da dieser so weniger Komponenten umfasst, die während des Betriebs, während welchem Vibrationen oder Bewegungen mechanische Belastungen verursachen, defekt werden können, was gleichzeitig die Wartung eines solchen elektrischen Antriebs 10 vereinfacht. Die vorhergehend beschriebene Architektur, welche das Abführen von Wärme aus dem Busbar-System 20 ermöglicht, kann durch die thermische Kopplung des Busbar- Systems 20 auf eine der vorhergehend oder nachfolgend beschriebenen Weisen mit einem oder mehreren Teilen der elektrischen Maschine 12, nämlich dem Maschinenmantel 16, dem Lagerschild 50, einer oberflächenvergrößernden Struktur, die am Maschinenmantel 16 angeordnet ist, mindestens einem Kühlkörper 51, der auf dem Lagerschild 50 angeordnet ist, oder durch eine beliebige Kombination der thermischen Kopplung mit diesen Teilen der elektrischen Maschine 12 erreicht werden. Alternativ oder zusätzlich kann der mindestens eine Teil des mindestens einen Leistungssystems thermisch leitend mit mindestens einer Anschlusslasche 23, 24 des Busbar-Systems 20 gekoppelt sein, die thermisch leitend mit dem Maschinenmantel 16 gekoppelt ist, um eine thermische Kopplung zu erreichen.

Zudem können in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die mindestens zwei Busbarleiter 21 und 22 des Busbar-Systems 20 zwei übereinanderliegende Leiter sein, die durch eine Isolation elektrisch voneinander isoliert sein. Damit die mindestens zwei Busbarleiter des Busbar-Systems dennoch gut gekühlt werden können, kann in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein an einer Wärmesenke anliegender Busbarleiter 22 der übereinanderliegenden Leiter Aussparungen aufweisen, durch die der mindestens eine nicht an der Wärmesenke liegenden Leiter 21 der mindestens zwei Busbarleiter thermisch direkt an die Wärmesenke gekoppelt ist. Als Wärmesenke, an welcher der hintere Busbarleiter 22 anliegt, kann ein Kühlkörper 51 dienen, welcher unmittelbar, das heißt direkt, oder mittelbar, das heißt durch eine thermisch leitfähige Verbindung mit dem Busbarleiter 22, in Kontakt stehen kann. Alternativ oder zusätzlich kann als Wärmesenke auch ein Lagerschild 50 dienen, das wie der Kühlkörper 51 als aktiv oder passiv gekühltes Bauteil zum Abführen von Wärme geeignet sein kann. Weist der hintere Busbarleiter 22 Aussparungen auf, können der eine oder die mehreren über dem hinteren Busbarleiter 22 liegenden Busbarleiter, wie der Busbarleiter 21 in Fig. 2, durch diese Aussparungen hindurch auch in unmittelbaren oder mittelbaren Kontakt mit der Wärmesenke gebracht werden. Dazu kann der mindestens eine Busbarleiter 21 eine Verformung oder ein separates thermisch leitfähiges Element umfassen, was zur unmittelbaren, das heißt direkten, oder mittelbaren, das heißt durch das thermisch leitfähige koppelnde Element gestalteten, thermischen Kopplung mit der Wärmesenke führt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, weil in der Ausführungsform, in der ein elektrischer Isolator zwischen den Busbarleitern des Busbar-Systems 20 angeordnet ist, eine gute thermische Kopplung zwischen den Busbarleitern durch den Isolator zumindest beeinträchtigt oder verhindert werden kann. Mit anderen Worten können mindestens zwei Busbarleiter 21, 22 mindestens zwei übereinanderliegende Leiter sein, wobei näher an einer Wärmesenke liegende Leiter 22 der mindestens zwei übereinanderliegenden Leiter jeweils Aussparungen aufweisen, durch welche die Leiter der mindestens zwei übereinanderliegenden Leiter, die jeweils weiter als die näher an der Wärmesenke liegende Leiter von der Wärmesenke entfernt liegen, thermisch direkt an die Wärmesenke gekoppelt sind.

Für die vorliegende Erfindung ist es nicht erforderlich, dass die Wärmesenke ein aktiv oder passiv gekühltes Element ist. Stattdessen kann die Wärmesenke auch lediglich als Wärmepuffer dienen, der aufgrund seiner thermischen Masse eine gewisse Wärmemenge aufnehmen kann, wodurch eine gewisse Kühlwirkung erreicht wird. Wenn als Wärmesenke ein Kühlkörper 51 oder ein Lagerschild 50 verwendet wird, kann der Kühlkörper oder das Lagerschild entweder passiv oder aktiv als wärmeabführendes Element dienen. Als passives Element kann der Kühlkörper mit mindestens einer oberflächenvergrößernden Struktur versehen sein, um die zur Oberflächenkonvektion zur Verfügung stehende Oberfläche zu erhöhen. Wenn der Kühlkörper 51 oder das Lagerschild 50 als aktives Kühlelement dient, können dieses jeweils ebenso mit mindestens einer oberflächenvergrößernden Struktur versehen sein über welche zusätzlich ein Fluid, wie ein Gas oder eine Flüssigkeit, strömt. Ein aktiver Kühlkörper oder ein aktives Lagerschild kann jedoch auch ohne oberflächenvergrößernde Strukturen gestaltet sein und dennoch eine effiziente Kühlwirkung aufweisen. Dies kann den Aufbau vorteilhaft vereinfachen und die Baugröße vorteilhaft reduzieren. Alternativ oder zusätzlich kann ein aktiv gekühlter Kühlkörper oder ein aktiv gekühltes Lagerschild Kühlkanäle aufweisen durch welche ein Kühlmedium, wie ein Fluid, geführt wird, um Wärme aufzunehmen und diese von abzuführen. Die Kühlkanäle können Teil eines Kühlkreislaufs sein, in welchen die aufgenommene Wärme des Kühlmediums über einen Radiator, Kompressor oder eine ähnliche zur Kühlung geeignete Vorrichtung aus dem Kühlmedium abgeführt wird, bevor dieses erneut zu dem Kühlkörper oder dem Lagerschild geleitet wird. Es ist allerdings nochmals hervorzuheben, dass eine aktive Kühlung, egal in welcher Form oder in welchem Bauteil des elektrischen Antriebs 10, nicht zwingend für die vorliegende Erfindung erforderlich ist.

In einer Ausführungsform, bei der ein Isolator zwischen den mindestens zwei Busbarleitern 21 und 22 angeordnet ist, kann die Isolation zwischen den Busbarleitern zur Entwärmung der Busbarleiter Kanäle aufweisen, wobei die Kanäle Wandungen umfassen, welche teilweise durch das Busbar-System 20 und teilweise durch die Isolation definiert sind und wobei ein Kühlmedium, wie ein Fluid, durch die Kühlkanäle geführt wird. Somit kann in einer Ausführungsform ein Isolator zwischen Busbarleitern des Busbar-Systems 20 aktiv gekühlt sein. Dies kann entweder zusammen oder alternativ zur vorhergehend beschriebenen Ausführungsform, wonach die nicht an einer Wärmesenke angeordneten Busbarleiter mittels Aussparungen in den zwischen ihnen und den an der Wärmesenke liegenden Busbarleitern mittelbar oder unmittelbar an die thermisch an die Wärmesenke gekoppelt werden können vorgenommen werden. Die Kombination dieser Kühlmöglichkeiten der Busbarleiter des Busbar-Systems 20 führt zu einer vorteilhaft erhöhten Kühlwirkung, dies ist jedoch für die vorliegende Erfindung nicht zwingend erforderlich.

Fig. 3 zeigt einen elektrischen Antrieb 10 mit einem entfernten Teil einer Anschlussbox 13 und mit einem am Umrichter 11 entfernten Gehäuseteil in einer perspektivischen Schnittansicht. Dabei ist gegenüber der Darstellung von Fig. 2 entlang der eingezeichneten gestrichelten Linie ein Schnitt durch dir Anschlussbox 13 vorhanden. Hierdurch wird das bereits mit Bezug zu Fig. 2 Erläuterte weiter verdeutlicht, insbesondere betreffend die Gestaltung der mindestens einen Anschlusslasche 23 und 24. Wie in Fig. 3 ersichtlich ist, kann das Busbar-System 20 nicht nur wie vorhergehend beschrieben einen Knick um 90 Grad aufweisen, welcher die beiden Busbarleiter 21 und 22 zur Anschlussbox 13 hinführt, sondern der so geknickte Teil kann eine weitere Verlängerung darstellen, die mittels eines weiteren Knicks im Bereich der Anschlussbox 13 die mindestens eine Anschlusslasche 23, 24 in der Anschlussbox 13 zurück in die Nähe des Maschinenmantels 16 führt. Dies vereinfacht sowohl eine mittelbare als auch unmittelbare thermische Kopplung zwischen dem Busbar-System 20, das heißt einem Teil des Leistungssystems, durch die mindestens eine Anschlusslasche 23, 24 mit einem Teil der elektrischen Maschine 12, das heißt dem Maschinenmantel 16.

In Fig. 3 ist zudem dargestellt, dass in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die mindestens eine Anschlusslasche 23, 24 jeweils eine Hälfte der Breite des geknickten Teils des Busbar-Systems 20 einnehmen können. Hierdurch können sowohl die in Fig. 3 linksseitig dargestellte Anschlusslasche 24 des hinteren Busbarleiters 22 als auch die in Fig. 3 rechtsseitig dargestellte Anschlusslasche 23 des vorderen Busbarleiters 21 auf derselben Höhe nebeneinander angeordnet werden. Auch hierdurch wird die mittelbare oder unmittelbare thermische Kopplung der Anschlusslaschen 23 und 24, und somit des Busbar-Systems 20 als auch einem Teil des Leistungssystems, mit einem zur Kühlung geeigneten Teil der elektrischen Maschine 12, wie dem Maschinenmantel 16, vereinfacht. Zudem wird die elektrische Kopplung zwischen mindestens einer galvanischen Kopplung 14, die wie in Fig. 1 dargestellt von oben am Deckel der Anschlussbox 13 angeschlossen werden kann, hin zu den mindestens zwei Anschlusslaschen 23 und 24 vereinfacht, da die Anschlusslaschen auf diese Weise nicht wie die mindestens zwei Busbarleiter 21 und 22 Übereinanderliegen, wodurch eine zweite Anschlusslasche die mindestens eine darunterliegende erste Anschlusslasche verdecken würde. Die Anschlusslaschen müssen jedoch nicht derart geteilt gestaltet sein und können stattdessen Übereinanderliegen. In einem solchen Fall muss die elektrische Kopplung zwischen der mindestens einen galvanischen Kopplung 14 und den verdeckten Laschen auf andere Weise gelöst werden. Beispielsweise könnten die Anschlusslaschen Öffnungen oder Aussparungen umfassen, durch welche hindurch eine elektrische Kopplung erreicht werden kann. Dies kann jedoch eine aufwändigere elektrische Isolation erforderlich machen. In einer solchen Gestaltung kann in die obere Anschlusslasche ein Bolzen zur Kontaktierung gepresst sein, der ebenso elektrisch isoliert sein muss. Dabei kann die untere Anschlusslasche an dieser Stelle ausgespart sein, oder der Bolzen schließt bündig mit der Unterseite der oberen Platte ab. Für die untere Platte muss ein Loch oder eine Aussparung in die obere Platte gesetzt werden, damit eine Kontaktierung durch den Bolzen möglich ist. Anstatt eines Bolzens könnte auch ein anderes zur elektrischen Kopplung geeignetes Element verwendet werden. Die in der in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform ist vollständig mit den Ausführungsformen und Merkmalen, die vorhergehend hinsichtlich Fig. 2 beschrieben wurden, kompatibel, sodass die Aspekte der Ausführungsformen von Fig.

2 und Fig. 3 beliebig miteinander kombiniert werden können.

In Fig. 3 ist zudem ein Teil eines Phasenanschlusses 30 abgebildet. Neben diesem Phasenanschluss 30 können jedoch auch eine Vielzahl von Phasenanschlüssen benachbart zum dargestellten Phasenanschluss und über den Querschnitt des Umrichters 11 herum verteilt angeordnet sein, die in Fig. 3 nicht dargestellt sind. Der mindestens eine Phasenanschluss 30 dient der Versorgung eines Phasenstromzweigs der elektrischen Maschine 12 mit dem durch mindestens einen Halbleiterschalter 70 erzeugten Wechselstrom. Der Phasenanschluss 30 kann zur Messung des Phasenstroms über den Busbarleiter 21 herausgeführt sein, damit ein Hall-Sensor, der auf einer Platine oder einer Leiterplatte, die noch vor dem vorderen Busbarleiter 21 angeordnet sein kann, im Wirkbereich des Magnetfeldes, das den Phasenanschluss 30 umgibt, angeordnet sein kann. Hierdurch wird eine Phasenstrommessung vereinfacht.

Fig. 4 zeigt einen elektrischen Antrieb 10 mit einem entfernten Teil einer Anschlussbox 13 und mit einem am Umrichter 11 entfernten Gehäuseteil in einer weiteren perspektivischen Schnittansicht. Im Gegensatz zu Fig. 3 ist in Fig. 4 der Schnitt durch einige Elemente des Umrichters 11 vorgenommen, sodass eine Sicht auf den Stator 42 der elektrischen Maschine 12 ermöglicht wird. So ist in Fig. 4 ein Nutstab 40 dargestellt, der in Richtung zum Umrichter 11 hin einen Phasenanschluss 30 aufweist und in eine entgegengesetzte Richtung zum Stator 42 hin in einer Nut 41 des Stators 42 angeordnet ist. Wie in Fig. 4 dargesteht ist, kann der Phasenanschluss 30 in einer Ausführungsform der Erfindung stabförmig ausgebildet sein und an mindestens einen Nutstab 40 direkt elektrisch gekoppelt sein. Da der Phasenanschluss 30 einen großen Querschnitt aufweist und eine Oberfläche aufweist, die im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche des aus der Nut 41 herausgeführten Endes des Nutstabs 40 verläuft, welche an den Nutstab 40 gekoppelt ist, ist die Kopplung zwischen dem Phasenanschluss 30 und dem Nutstab 40 zudem geeignet diese beiden Komponenten so thermisch miteinander zu koppeln, dass eine effiziente wärmeabführende Wirkung durch die thermische Kopplung erreicht wird.

In Fig. 4 ist zudem dargestellt, dass der mindestens eine Phasenanschluss 30 in einer Ausführungsform nicht nur den in Fig. 3 dargestellten und über die Busbarleiter 21, 22 herausgeführten Teil aufweist, sondern dass er zudem einen stabförmigen Teil umfasst, der vorhergehend beschrieben wurde und der an mindestens einen Nutstab 40 des Stators 42 gekoppelt sein kann. Diese beiden Teile des Phasenanschlusses 30 müssen keine separaten Bauteile darstellen und können ein integrales Bauelement sein. Der über die Busbarleiter herausgeführte Teil des Phasenanschlusses 30 kann ein massives Metallbauteil sein, welches auf einer Baugruppe 43 aufliegt, die nachfolgend weiter beschrieben wird und die mindestens einen Halbleiterschalter 70 umfasst an den der Phasenanschluss durch den über die Busbarleiter 21, 22 herausgeführten Teil gekoppelt sein kann, um einen von dem mindestens einen Halbleiterschalter 70 erzeugten Wechselstrom an einen Phasenstromzweig des Stators 42, der mindestens den Nutstab 40 umfasst, zu leiten.

Der Stator kann weitere nicht in Fig. 4 dargestellte Elemente aufweisen, welche weitere Nutstäbe, die in weiteren Nuten des Stators 42 angeordnet sind, elektrisch und/oder thermisch mit dem Nuttstab 40 koppeln, sodass auch mehrere Nutstäbe durch den Phasenanschluss 30 mit Wechselstrom versorgt werden können.

In einer Ausführungsform der Erfindung kann die Baugruppe 43 mittelbar oder unmittelbar mit einer Wärmesenke, wie dem Kühlkörper 51 oder dem Lagerschild 50, in Kontakt stehen oder an diesen anliegen. Hierdurch wird eine effiziente Kühlung der Baugruppe 43 erreicht, welche den mindestens einen wärmeerzeugenden und kühlungsbedürftigen Halbleiterschalter 70 umfasst. Wenn der Phasenanschluss 30, wie in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellt, einen Teil mit einer Form aufweist, die eine Oberfläche bildet, die im Wesentlichen parallel zu einer Fläche der Baugruppe 43 verläuft, kann eine Kontakt- bzw. Konvektionsfläche zwischen der Baugruppe 43 und dem Phasenanschluss 30 neben einer elektrischen Kopplung zu den Halbleiterschaltern 70 zudem eine effiziente Kühlwirkung ermöglichen. Da die Halbleiterschalter 70 mit einer Wärmesenke, wie dem Kühlkörper 51 oder dem Lagerschild 50, thermisch gekoppelt sind, kann somit vorteilhaft sowohl der Phasenanschluss 30 als auch die Baugruppe 43 mit dem mindestens einen Halbleiterschalter gekühlt werden. Dies ermöglicht gleichzeitig eine effiziente Kühlung des mindestens einen Phasenstromzweigs des Stators 42, welcher an den Phasenanschluss 30, wie vorhergehend beschrieben, elektrisch und auch thermisch gekoppelt sein kann. Jede dieser Kühlungsmöglichkeiten kann in beliebiger Kombination miteinander verwendet werden. Zudem kann eine solche beliebige Ausführungsform der Kühlung der Baugruppe 43 mit den vorhergehend beschriebenen weiteren Kühlungsmöglichkeiten kombiniert werden, um die Kühlwirkung weiter zu verbessern.

Der mindestens eine Halbleiterschalter 70 einer Baugruppe 43 ist zudem elektrisch mit dem Busbar-System 20 gekoppelt, wodurch der mindestens eine Halbleiterschalter 70 mit Gleichstrom versorgt werden kann, der zum Betrieb der elektrischen Maschine 12 in Wechselstrom umgerichtet werden kann. Die elektrische Kopplung der Halbleiterschalter 70 mit den mindestens zwei Busbarleitern 21, 22 des Busbar- Systems 20 kann jedoch zudem eine thermische Kopplung zwischen den Busbarleitern und den Halbleiterschaltern der Baugruppe 43 ermöglichen, wenn die koppelnden Elemente 71 eine Fläche aufweisen, die eine ausreichende Kühlwirkung ermöglicht, was hinsichtlich Fig. 7 weiter erläutert wird.

Alternativ oder zusätzlich kann in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Baugruppe 43 und/oder der mindestens eine Halbleiterschalter 70 in direktem Kontakt mit einem oder mit mehreren Busbarleitern 21, 22 des Busbar-Systems 20 stehen. Dies ermöglicht, dass eine thermische Kopplung zwischen dem mindestens einen Halbeiterschalter 70 und dem Busbar-System 20 auch auf diese Weise erreicht werden kann. Eine solche Kopplung dient ausschließlich der thermischen und keiner elektrischen Kopplung und kann die für die Wärmeabfuhr zur Verfügung stehende Kontakt- bzw. Konvektionsfläche zwischen dem Busbar-System 20 und dem mindestens einen Halbleiterschalter 70 vorteilhaft erhöhen. Diese Ausführungsform ist mit allen vorhergehenden Ausführungsformen kompatibel und kombinierbar. Insbesondere können, wie vorhergehend beschrieben, die mindestens zwei Busbarleiter 21, 22 über Aussparungen verfügen, welche es ermöglichen, dass nicht nur der hintere Busbarleiter 22, sondern auch alle davorliegenden Busbarleiter 21 thermisch mit der Baugruppe 43 oder mit dem mindestens einen Halbleiterschalter 70 gekoppelt werden können.

Fig. 5 zeigt einen Teil eines elektrischen Antriebs 10 in einer perspektivischen Ansicht. In Fig. 5 sind mehrere Öffnungen dargestellt, welche zur Wärmeabfuhr eine mittelbare oder unmittelbare thermische Kopplung der Busbarleiter 21, 22 mit mindestens einem Teil der elektrischen Maschine 12, wie einem Kühlkörper 51 oder einem Lagerschild 50, und/ oder mit einer Baugruppe 43 und/ oder mindestens einem Halbleiterschalter 70 ermöglichen. Die Öffnungen bzw. Aussparungen könnten jedoch auch in einer anderen Anzahl, oder in einer anderen Form gestaltet sein. Zudem können diese alternativ oder zusätzlich zur elektrischen Kopplung genutzt werden.

Fig. 5 zeigt zudem eine Ausführungsform in welcher zwei Busbarleiter 21, 22 des Busbar-Systems 20 übereinanderliegend angeordnet sind. Die Busbarleiter 21, 22 können an in Fig. 5 nicht dargestellten Baugruppen 43 direkt anliegen, wie in Fig. 6 gezeigt, welche ihrerseits direkt an einem Kühlkörper 51 anliegen können, der an einem Lagerschild 50 anliegt. Der Kühlkörper 51, das Lagerschild 50 und die Baugruppen 43 können jeweils einen Teil der elektrischen Maschine 12 darstehen, welcher zur Wärmeabfuhr thermisch an mindestens einen Teil des Leistungssystems gekoppelt sein kann. Wie in Fig. 5 dargestellt, kann der elektrische Antrieb 10 mehr Phasenanschlüsse als nur einen Phasenanschluss 30 aufweisen und jeder der Phasenanschlüsse kann an eine Baugruppe 43 (nicht in Fig. 5 dargestellt) mit mindestens einem Halbleiterschalter 70 gekoppelt sein.

In einer Ausführungsform der Eründung kann die Baugruppe 43, respektive der mindestens eine Halbleiterschalter 70, an einer anderen Stelle in dem elektrischen Antrieb 10 angeordnet werden. In dieser Ausführungsform kann mindestens ein Busbarleiter 21, 22 des Busbar-Systems 20 direkt an einem Teil der elektrischen Maschine 12, wie dem Kühlkörper 51 oder dem Lagerschild 50 anliegen und somit eine thermische Kopplung zwischen dem Leistungssystem und dem entsprechenden Teil der elektrischen Maschine 12 herstellen, die geeignet ist, um das Leistungssystem und das Busbar-System 20 effizient zu kühlen. Dabei kann der Kühlkörper 51 eine angeformte Stufe besitzen, die bis zu einem anliegenden Busbarleiter reicht. Zwischen dem Kühlkörper und dem anliegenden Busbarleiter ist ein TIM angeordnet, das den Busbarleiter elektrisch von dem Kühlkörper isoliert, das zwischen ihnen jedoch eine thermische Kopplung herstellt. Ein über dem anliegenden Busbarleiter befindlicher Busbarleiter, der von dem Kühlkörper weiter entfernt ist, kann dann durch eine weitere Stufe im Kühlkörper thermisch gekoppelt sein, wobei die Dicke der weiteren Stufe durch die Dicke des darunterhegenden Busbarleiters plus die Dicke der TIM-Schichten zwischen den Busbar- Leitern definiert ist. Alternativ kann der anliegende Busbarleiter ausgespart gestaltet sein, um den darüber liegenden Busbarleiter so zu gestalten, dass er in dem Bereich der Aussparung auf der Höhe des unteren Busbarleiters liegt.

Fig. 6 zeigt einen Teil eines elektrischen Antriebs io in einer perspektivischen Schnittansicht. In einer Ausführungsform der Erfindung kann die Baugruppe 43 direkt an mindestens einen Busbarleiter 21, 22 des Busbar-Systems 20 durch Halbleiterschalteranschlüsse 71 sowohl elektrisch als auch thermisch gekoppelt sein. Dazu weisen die Halbleiterschalteranschlüsse 71 eine wie dargestellt große Oberfläche auf, die eine effiziente Wärmeübertragung zwischen den Busbarleitern 21, 22 und mindestens einem Halbleiterschalter 70 leisten können. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die Baugruppe 43, respektive der mindestens eine Halbleiterschalter 70, direkt an mindestens einem der Busbarleiter 21, 22 anliegen und, wodurch eine thermische Kopplung gebildet wird.

In einer Ausführungsform der Erfindung kann zudem mindestens ein Kondensator 60 des Leistungssystems, der in Fig. 6 durch die Schnittansicht geschnitten dargestellt ist, an mindestens einen Busbarleiter 21, 22 des Busbar-Systems 20 angrenzen angeordnet sein. Das Leistungssystem des elektrischen Antriebs 10 kann jedoch auch eine Vielzahl von Kondensatoren umfassen, welche über den Querschnitt des elektrischen Antriebs verteilt, beispielsweise um eine Rotationsachse 61 der elektrischen Maschine 12 herum angeordnet sein können. Der mindestens eine Kondensator 60 muss elektrisch mit mindestens einem der Busbarleiter 21, 22 gekoppelt sein. Darüber hinaus kann der mindestens eine Kondensator 60 auch thermisch mit mindestens einem Busbarleiter 21, 22 gekoppelt sein. Darüber hinaus kann der mindestens eine Kondensator 60 zusätzlich oder alternativ auf der in Richtung des Stators 42 zugewandten Seite, das heißt mit seiner Kopfseite, mittelbar oder unmittelbar mit einem Lagerschild 50 der elektrischen Maschine 12 thermisch gekoppelt sein. Darüber hinaus kann der mindestens eine Kondensator 60 zusätzlich oder alternativ an seiner seitlichen Mantelfläche mittelbar oder unmittelbar thermisch mit einem Kühlkörper 51 der elektrischen Maschine 12, der in Fig. 6 nicht dargestellt ist, gekoppelt sein. Darüber hinaus kann der mindestens eine Kondensator 60 zusätzlich oder alternativ am Teil seiner seitlichen Mantelfläche, der dem Stator 42 der elektrischen Maschine 12 zugewandt ist, mittelbar oder unmittelbar thermisch mit einem Lagerschild 50 der elektrischen Maschine 12 gekoppelt sein. Wenn der mindestens eine Kondensator 60 in einer vorhergehend beschriebenen Variante, oder in einer beliebigen Kombination dieser Varianten, thermisch mit einem Teil der elektrischen Maschine 12, wie dem Lagerschild 50 oder dem Kühlkörper 51, gekoppelt ist, kann der mindestens eine Kondensator 60 vorteilhaft durch diesen Teil der elektrischen Maschine 12 gekühlt werden, indem die Wärme des mindestens einen Kondensators 60 in den entsprechenden Teil der elektrischen Maschine 12 abgeführt wird.

In einer Ausführungsform der Erfindung kann der mindestens eine Kondensator 60 mit Anschlusspins elektrisch an das Busbar-System 20 gekoppelt sein. Wenn die Anschlusspins zudem eine Kontakt- bzw. Konvektionsfläche aufweisen, die im Wesentlichen parallel zu einer Fläche der Busbarleiter 21, 22 des Busbar-Systems 20 verläuft und die einen ausreichenden Querschnitt aufweisen, können die Anschlusspins des mindestens einen Kondensators 60 zudem eine thermische Kopplung zwischen dem Busbar-System 20 und dem Kondensator ermöglichen. In diesem Fall kann das Busbar-System 20 durch den mindestens einen Kondensator 60 und mindestens einen Teil der elektrischen Maschine 12, der zur Wärmeabfuhr geeignet ist, wie dem Lagerschild 50 oder dem Kühlkörper 51, vorteilhaft gekühlt werden.

Fig. 7 zeigt einen Teil eines elektrischen Antriebs 10 in einer perspektivischen Ansicht. In einer Ausführungsform der Erfindung kann der mindestens eine Phasenanschluss 30 thermisch mit einem Teil der elektrischen Maschine 12 gekoppelt sein. Dazu kann ein stabförmiger Teil des mindestens einen Phasenanschlusses 30 durch eine tunnelförmige Öffnung im Lagerschild 50 der elektrischen Maschine 12 verlaufen. In Fig. 7 ist ein Abschnitt dieses Teils des Phasenanschlusses 30, der aus der tunnelförmigen Öffnung des Lagerschilds 50 herausgeführt ist, dargestellt. Innerhalb der tunnelförmigen Öffnung im Lagerschild kann um den stabförmigen Teil des mindestens einen Phasenanschlusses 30 ein O-Ring angeordnet sein, der den stabförmigen Teil vollständig umschließt. Der O-Ring ist in Fig. 7 nicht dargestellt. Durch den O-Ring kann der Raum zwischen dem stabförmigen Teil des mindestens einen Phasenanschlusses 30 und der tunnelförmigen Öffnung des Lagerschildes 50 fluiddicht abgedichtet werden. Dies ermöglicht, dass in die in Fig. 7 dargestellte Öffnung der tunnelförmigen Öffnung des Lagerschildes ein flüssiger Verguss gefüllt werden kann, der nach dem Einfüllen aushärtet und anschließend eine thermische Kopplung zwischen dem stabförmigen Teil des mindestens einen Phasenanschlusses 30 und dem Lagerschild 50 erzeugt. Dazu besteht der Verguss aus einen thermisch leitfähigen und elektrisch nicht-leitenden, das heißt elektrisch isolierenden, Material. Somit kann in einer Ausführungsform der Erfindung ein O-Ring das thermisch leitende und elektrisch isolierende Material gegenüber einem sich vom O-Ring in Richtung eines Stators 42 der mindestens einen elektrischen Maschine 12 erstreckenden Abschnitt des Phasenanschlusses 30 abdichten. Dies ermöglicht, dass der Phasenanschluss 30 und somit ein Teil des Leistungssystems thermisch mit einem zur Wärmeabfuhr geeigneten Teil der mindestens einen elektrischen Maschine 12 gekoppelt werden kann, was vorteilhaft der Kühlung des Leistungssystems und des mindestens einen Phasenanschlusses 30 dient.

Alternativ oder zusätzlich zur thermischen Kopplung mit dem Lagerschild 50 eines elektrischen Antriebs 10 kann der Verguss zudem eine thermische Kopplung zu einem Kühlkörper 51 des elektrischen Antriebs 10 herstellen. In dieser Ausführungsform ist die thermische Kopplung durch den Verguss identisch zur oben beschriebenen Form der thermischen Kopplung mit einem Lagerschild 50 gestaltet, sodass die vorhergehenden Aspekte ebenso für den Kühlkörper gelten können, durch dessen Öffnung sich der Phasenanschluss 30 entsprechend erstrecken kann. Sowohl bei der thermischen Kopplung des Phasenanschlusses 30 durch den Verguss mit dem Lagerschild 50 oder mit dem Kühlkörper 51 ist nicht zwingend erforderlich, dass der Phasenanschluss 30 durch eine tunnelförmige Öffnung geführt ist. Stattdessen ist erforderlich, dass der Phasenanschluss zumindest teilweise entlang einer Oberfläche des Lagerschildes oder des Kühlkörpers verläuft, sodass eine Kontaktoberfläche als Schnittstelle zur Wärmeübertragung zwischen diesen Komponenten vorhanden ist, womit automatisch eine gewisse mechanische Fixierung einhergeht.

Obwohl vorhergehend von einem Verguss die Rede ist, muss der Verguss nicht zwangsläufig durch Gießen eines oben beschriebenen Materials hergestellt werden. Der Verguss kann auch durch andere geeignete Herstellungsverfahren hergestellt werden, durch die eine thermische Kopplung und elektrische Isolation, wie vorhergehend beschrieben, zwischen dem Phasenanschluss 30 und dem Lagerschild 50 und/oder dem Kühlkörper 51 der elektrischen Maschine 12 erreicht werden kann. In einer Ausführungsform können Halbleiterschalteranschlüsse 71 den mindestens einen Halbeiterschalter 70 der Baugruppe 43 elektrisch und/oder thermisch mit mindestens einem Busbarleiter 21, 22 des Busbar-Systems 20 koppeln. Damit die Halbleiterschalteranschlüsse eine ausreichende Wärmeabfuhr ermöglichen, können diese wie in Fig. 7 dargestellt in einer flachstabartigen Form gestaltet sein. Diese Form weist breite Seitenflächen auf, welche eine großflächige Kontaktierung der Halbleiterschalteranschlüsse 71 mit dem mindestens einen Halbleiterschalter 70 ermöglichen. Hierdurch kann die Kontakt- bzw. Konvektionsfläche vorteilhaft erhöht werden, was zu einer verbesserten wärmeleitende Wirkung führt.

In Fig. 7 sind die Busbarleiter des Busbar-Systems 20 nicht abgebildet. Wie in Figs. 5 und 6 abgebildet, können die Busbarleiter jedoch Aussparungen aufweisen durch welche der Teil des Phasenanschlusses 30, der sich entlang der Baugruppe 43 erstreckt, hindurchgeführt und somit über die Busbarleiter des Busbar-Systems 20 hervorstehen kann, wie in Fig. 3 abgebildet. Dies ermöglicht, dass die Baugruppe 43 direkt an mindestens einem Busbarleiter 21, 22 des Busbar-Systems 20 anliegen und somit mit diesen thermisch gekoppelt sein kann.

Anders als in Fig. 7 dargestellt, kann die Baugruppe 43 nicht nur direkt auf einem Kühlkörper 51 der mindestens einen elektrischen Maschine 12, sondern auch direkt auf einem Lagerschild 50 der mindestens einen elektrischen Maschine 12 angeordnet sein. Der Kühlkörper 51 kann in einer solchen Ausführungsform weggelassen werden.

In sämtlichen vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen kann eine thermische Kopplung durch ein zur Wärmeübertragung geeignetes Mittel erreicht werden. Insbesondere kann es sich dabei um ein Thermal Interface Material, TIM, handeln, welches dem Fachmann geläufig ist. Ein solches Material kann neben der thermischen Kopplung einer elektrischen Isolation dienen, wenn es elektrisch nicht-leitend ist. Somit ist es möglich eine Wärmesenke, wie ein Lagerschild 50 einer elektrischen Maschine 12, oder einen Kühlkörper 51 einer elektrischen Maschine 12 mit zu kühlenden Bauteilen oder Komponenten zu koppeln, ohne dass dabei das Risiko eines ungewollten Kurzschlusses entsteht. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die zu kühlenden Elemente, Komponenten oder Bauteile elektrisch oder stromleitend sind. Ebenso können das Lagerschild 50 oder der Kühlkörper 51 aus einem elektrisch nichtleitenden Material hergestellt sein, um dieselbe Wirkung zu erzielen, sodass eine direkte Kopplung zwischen elektrischen oder elektronischen Komponenten oder Bauteilen mit der Wärmesenke ermöglicht wird.

Bezugszeichenliste:

10 Elektrischer Antrieb

11 Umrichter

12 Elektrische Maschine

13 Anschlussbox

14 galvanische Kopplung

15 Gehäuse

16 Maschinenmantel

20 Busbar-System

21 Vorderer Busbarleiter

22 Hinterer Busbarleiter

23 Anschlusslasche des vorderen Busbarleiters

24 Anschlusslasche des hinteren Busbarleiters

30 Phasenanschluss

40 Nutstab

41 Nut

42 Stator

43 Baugruppe

50 Lagerschild

51 Kühlkörper

60 Kondensator

61 Rotationsachse

70 Halbleiterschalter

71 Halbleiterschalteranschlüsse