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Patent Searching and Data


Title:
DRIVE ARRANGEMENT FOR DRIVING A VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/188856
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a drive arrangement (AA) for driving a vehicle, comprising: - a stator (ST) designed to circulate about an axis (AS); - an electronic unit (EE) designed to circulate about said axis (AS), said electronic unit (EE) and stator (ST) being arranged one behind the other when viewed in the direction of the axis (AS); and a housing (GH) which receives the stator (ST) and the electronic unit (EE) and comprises a housing wall (GW) that surrounds the stator (ST) and the electronic unit (EE).

Inventors:
SCHMID RALF (DE)
Application Number:
PCT/EP2016/061290
Publication Date:
December 01, 2016
Filing Date:
May 19, 2016
Export Citation:
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Assignee:
CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH (DE)
International Classes:
H02K7/00; H02K7/10; H02K11/30
Domestic Patent References:
WO2015036921A22015-03-19
Foreign References:
US20120061201A12012-03-15
JPH07298552A1995-11-10
EP2372880A22011-10-05
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Antriebsanordnung (AA) zum Antrieb eines Fahrzeugs, umfassend :

einen Stator (ST) , der um eine Achse (AS) umlaufend ausgebildet ist;

eine Elektronikeinheit (EE) , die um die Achse (AS) umlaufend ausgebildet ist, wobei die Elektronikeinheit

(EE) und der Stator (ST) in Richtung der Achse (AS) betrachtet hintereinander angeordnet sind;

ein Gehäuse (GH) zur Aufnahme des Stators (ST) und der Elektronikeinheit (EE) , das eine Gehäusewand (GW) umfasst, die den Stator (ST) und die Elektronikeinheit

(EE) umgibt.

2. Antriebsanordnung (AA) nach Anspruch 1, wobei die Elektronikeinheit (EE) die Form einer Ringscheibe oder eines Ringscheibensektors aufweist.

3. Antriebsanordnung (AA) nach Anspruch 1 oder 2, die ferner ein Halterelement (HE) umfasst, das um die Achse (AS) umlaufend ausgebildet ist und in Richtung der Achse (AS) betrachtet zwischen der Elektronikeinheit (EE) und dem Stator (ST) angeordnet ist.

4. Antriebsanordnung (AA) nach Anspruch 3, wobei das Halterelement (HE) die Form einer Ringscheibe oder eines Ringscheibensektors aufweist.

5. Antriebsanordnung (AA) nach einem der vorangehenden Ansprüche, die ferner einen Kühlkörper (KK) umfasst, der um die Achse (AS) umlaufend ausgebildet ist und in Richtung der Achse (AS) betrachtet zwischen der Elektronikeinheit (EE) und dem Stator (ST) angeordnet ist.

6. Antriebsanordnung (AA) nach Anspruch 5, wobei der Kühlkörper (KK) die Form einer Ringscheibe oder eines Ringscheibensektors aufweist.

7. Antriebsanordnung (AA) nach einem der vorangehenden Ansprüche, die ferner eine Isolierabdeckung (IS) umfasst, die um die Achse (AS) umlaufend ausgebildet ist und die

Elektronikeinheit (EE) von der Umgebung isoliert.

8. Antriebsanordnung (AA) nach Anspruch 7, wobei die Isolierabdeckung (IS) die Form einer Ringscheibe oder eines Ringscheibensektors aufweist. 9. Antriebsanordnung (AA) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Stator (ST) zumindest eine Statorwicklung (WL) mit einem Wicklungsende (WD) zur Herstellung elekt¬ rischer Verbindung zur Elektronikeinheit (EE) aufweist, wobei das Wicklungsende (WD) in Richtung der Achse (AS) zu der Elektronikeinheit (EE) geführt ist und mit der

Elektronikeinheit (EE) unmittelbar mechanisch und elekt¬ risch verbunden ist.

10. Antriebsanordnung (AA) nach einem der vorangehenden An- Sprüche, die ferner umfasst:

einen Rotor (RT) mit einer Rotorwelle (RW) , der um die Achse (AS) drehbar ausgeführt ist,

eine Verbrennungsmaschine (VM) mit einer Kurbelwelle (KW) , wobei die Kurbelwelle (KW) zur Drehmomentüber- tragung mit der Rotorwelle (RW) mechanisch verbunden ist .

Antriebsanordnung (AA) nach Anspruch 10, die ferner eine Kupplung (KP1) umfasst, die zwischen der Kurbelwelle (KW) und der Rotorwelle (RW) angeordnet ist und ausgeführt ist, die Kurbelwelle (KW) und die Rotorwelle (RW) zur Drehmoment¬ übertragung miteinander mechanisch zu koppeln, wobei der Rotor (RT) einen Hohlraum (HR3) aufweist, in dem die Kupplung (KP1) zumindest teilweise befindet.

12. Antriebsanordnung (AA) nach Anspruch 11, die ferner eine weitere Elektronikeinheit umfasst, wobei die weitere Elektronikeinheit zumindest teilweise in dem Hohlraum (HR3) des Rotors (RT) angeordnet ist.

Description:
Beschreibung

Antriebsanordnung zum Antrieb eines Fahrzeugs Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung zum Antrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs . Stand der Technik

Antriebsanordnungen zum Antrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs, wie z. B. mit einem riemengetriebenen oder einem kurbelwellenmontierten Star- ter-Generator, umfassen in der Regel eine elektrische Maschine als der Starter-Generator und eine Elektronikeinheit zum Be ¬ treiben der elektrischen Maschine, die wiederum eine Steue- rungs-/Regelungselektronikeinheit und eine Leistungselektro ¬ nikeinheit umfasst. Die elektrische Maschine und die Elekt- ronikeinheit werden in der Regel in separaten Gehäusen angeordnet und anschließend samt den Gehäusen der Antriebsanordnung hinzu montiert .

Derartige getrennte Bauweise der Elektronikeinheit und der elektrischen Maschine in separaten Gehäusen ist mit hohen

Fertigungsaufwand und -kosten verbunden. Zudem beanspruchen derartige Antriebsanordnungen einen großen Bauraum, der bei einem Fahrzeug, insbesondere einem Hybridelekt- ro-/Elektrofahrzeug, nur beschränkt zur Verfügung steht.

Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der eine Antriebsanordnung einfach und kostengünstig und zudem bauraumsparender hergestellt werden kann . Beschreibung der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteran- sprüche .

Eine Antriebsanordnung wird bereitgestellt. Die Antriebsanordnung umfasst einen Stator, der um eine Achse, insbesondere um eine Drehachse einer Rotorwelle der Antriebsanordnung umlaufend ausgebildet ist. Die Antriebsanordnung umfasst ferner eine

Elektronikeinheit, die ebenfalls um die Achse umlaufend aus ¬ gebildet ist (und somit sich entlang der Umlaufsrichtung des Stators erstreckt) . In Richtung der Achse betrachtet sind die Elektronikeinheit und der Stator hintereinander angeordnet (eine axiale Anordnung der Elektronikeinheit und der Stator) . Die

Antriebsanordnung umfasst außerdem ein Gehäuse zur Aufnahme des Stators und der Elektronikeinheit. Das Gehäuse umfasst eine Gehäusewand, die den Stator und die Elektronikeinheit in deren jeweiligen Umfang im Wesentlichen vollständig umgibt.

Der Stator und die Elektronikeinheit sind somit einen im We ¬ sentlichen zylinderförmigen Hohlraum umlaufend ausgebildet. In diesem Hohlraum können neben dem Rotor andere Komponenten der Antriebsanordnung, wie z. B. Kupplungskomponenten etwa Kupp- lungsscheiben, bauraumsparend angeordnet werden. Dadurch, dass die Elektronikeinheit den Hohlraum umlaufend ausgebildet ist, weist diese in der Mitte eine durchgehende, mit dem Hohlraum fluchtende Öffnung auf, durch die die oben genannten Komponenten der Antriebsanordnung während einer Montage in derselben axialen Montagerichtung in den Hohlraum eingebracht werden können.

Dadurch ist die Herstellung der Antriebsanordnung vereinfacht. Im Falle einer Reparatur können diese Komponenten wieder durch diese Öffnung aus dem Hohlraum einfach in axialer Richtung herausgenommen und ausgetauscht werden. Die axial aufeinanderfolgende Anordnung der Elektronikeinheit und des Stators ermöglicht direkte in axiale Richtung geführte elektrische Verbindungen zwischen der Elektronikeinheit (bzw. Leistungsendstufe der Elektronikeinheit) und Statorwicklungen des Stators, die einfach herstellbar sind und kaum bzw. einen geringen Bauraum beanspruchen.

Damit ist eine Möglichkeit aufgezeigt, mit der eine An ¬ triebsanordnung einfach und kostengünstig und zudem bauraum- sparender hergestellt werden kann.

Die Elektronikeinheit weist vorzugsweise im Wesentlichen die Form einer Ringscheibe oder eines radial geschnittenen Sektors einer Ringscheibe auf, durch deren Mitte sich die Achse hindurch erstreckt. Diese Form ermöglicht der Elektronikeinheit und somit und der Antriebsanordnung eine niedrige axiale Bauhöhe. Vor ¬ zugsweise verläuft die Achse im Wesentlichen senkrecht zur Elektronikeinheit . Die Elektronikeinheit umfasst vorzugsweise eine Leistungs ¬ einheit, wie z. B. einen Inverter mit Leistungshalbleiterschaltern, Zwischenkreiskondensatoren bzw. EMV-Filtern, und/oder eine Steuerung-/Regelungseinheit mit z. B. Strom ¬ sensoren, Mikrokontrollern, die auf einen oder mehreren ringscheibenförmig bzw. ringscheibensektorförmig geformten

Schaltungsträger verteilt angeordnet und elektrisch verschaltet sind .

Die Antriebsanordnung umfasst vorzugsweise ferner ein Hal- terelement, das ebenfalls um die Achse umlaufend ausgebildet ist (und somit sich entlang der Umlaufsrichtung des Stators erstreckt) und in Richtung der Achse betrachtet zwischen der Elektronikeinheit und dem Stator angeordnet ist. Das Halter ¬ element ist ausgeführt, die Elektronikeinheit an dem Stator bzw. an dem Gehäuse mechanisch festzuhalten und zugleich von dem Stator elektrisch zu isolieren. Dadurch, dass das Halterelement auch um die Achse umlaufend ausgebildet ist, weist es in der Mitte auch eine durchgehende, mit dem Hohlraum fluchtende Öffnung auf, durch die die oben genannten Komponenten der Antriebsanordnung während der Montage in den Hohlraum eingebracht und dort bauraumsparend angeordnet werden können.

Dabei ist das Halterelement vorzugsweise im Wesentlichen in Form einer Ringscheibe oder eines radial geschnittenen Ringschei ¬ bensektors bzw. eines Rings oder eines radial geschnittenen Ringsektors (auch mit einem recht- oder mehreckigen Querschnitt) ausgebildet, durch deren/dessen Mitte sich die Achse hindurch erstreckt. Diese Form des Halterelements weist ebenfalls eine niedrige axiale Bauhöhe auf.

Das Halterelement umfasst vorzugsweise einen Kühlkörper, der zur Luft- oder Flüssigkeitskühlung der Elektronikeinheit und/oder des Stators ausgelegt ist und vorzugsweise entsprechende Kühlkanäle zum Durchleiten von Kühlluft oder einer Kühlflüs ¬ sigkeit aufweist.

Alternativ umfasst die Antriebsanordnung vorzugsweise einen separaten Kühlkörper zur Kühlung der Elektronikeinheit und/oder des Stators, der um die Achse umlaufend ausgebildet ist und in Richtung der Achse betrachtet zwischen der Elektronikeinheit und dem Stator angeordnet ist (bzw. zwischen der Elektronikeinheit und dem Halteelement oder zwischen dem Halteelement und dem Stator) . Der Kühlkörper weist in der Mitte auch eine durch- gehende, mit dem Hohlraum fluchtende Öffnung auf, durch die die oben genannten Komponenten der Antriebsanordnung während der Montage in den Hohlraum eingebracht und dort bauraumsparend angeordnet werden können. Dabei ist der Kühlkörper vorzugsweise auch im Wesentlichen in Form einer Ringscheibe oder eines radial geschnittenen Ringscheibensektors bzw. eines Rings oder eines radial geschnittenen Ringsektors (auch mit einem recht- oder mehreckigen Querschnitt) ausgebildet, durch deren/dessen Mitte sich die Achse hindurch erstreckt. Diese Form des Kühlkörpers weist ebenfalls eine niedrige axiale Bauhöhe auf.

Die Antriebsanordnung umfasst vorzugsweise ferner eine Iso- lierabdeckung für die Elektronikeinheit. Die Isolierabdeckung ist ebenfalls um die Achse umlaufend ausgebildet und erstreckt sich somit entlang der Umlaufsrichtung des Stators. Die Isolierabdeckung isoliert die Elektronikeinheit von der Umgebung räumlich und elektrisch. Insbesondere weist die Isolierabdeckung im Wesentlichen ebenfalls die Form einer Ringscheibe oder eines Ringscheibensektors auf.

Vorzugsweise umfasst der Stator zumindest eine Statorwicklung mit mindestens einem freiliegenden Wicklungsende, das zur Herstellung elektrischer Verbindung von der Statorwicklung zur Elektronikeinheit dient. Dabei erstreckt sich das Wicklungsende im Wesentlichen von dem Stator weg in axialer Richtung und insbesondere zu der Elektronikeinheit hin. Vorzugsweise ist das Wicklungsende mit der Elektronikeinheit unmittelbar mechanisch und elektrisch verbunden . Die Wicklungen bzw . die Wicklungsenden sind vorzugsweise aus stabförmigen (auch mit einem im We ¬ sentlichen rechteckigen Querschnitt) elektrischen Leitern ausgebildet. Vorzugsweise erstecken sich alle Wicklungsenden der Statorwicklungen (gegebenenfalls auch ein Ende eines Stern- punktleiters des Stators und/oder von Messkommunikations- bzw. weiteren Stromversorgungsleitern) in axialer Richtung.

Die Antriebsanordnung umfasst vorzugsweise ferner einen Rotor mit einer Rotorwelle, die um die Achse drehbar ausgeführt ist. Außerdem umfasst die Antriebsanordnung eine Verbrennungsma ¬ schine, die eine Kurbelwelle aufweist. Die Kurbelwelle ist zur Drehmomentübertragung mit der Rotorwelle mechanisch verbunden. Die Antriebsanordnung umfasst vorzugsweise ferner eine Kupplung, die zwischen der Kurbelwelle und der Rotorwelle angeordnet ist und ausgeführt ist, die Kurbelwelle und die Rotorwelle zur Drehmomentübertragung miteinander mechanisch zu koppeln. Der Rotor weist vorzugsweise einen konzentrischen Hohlraum auf, in dem die Kupplung zumindest teilweise (wie z. B. eine

Schwungscheibe und/oder eine Kupplungsscheibe der Kupplung) angeordnet ist und mit der Rotorwelle gekoppelt ist.

Die Antriebsanordnung umfasst vorzugsweise ferner eine weitere Elektronikeinheit, insb. einen Inverter oder einen Teil davon, die zumindest teilweise in dem Hohlraum des Rotors angeordnet ist. Insbesondere dient die weitere Elektronikeinheit zur Bereitstellung von Strömen für den Rotor (im Falle einer fremderregten Synchronmaschine) und/oder zur Messung ver- schiedener Messgrößen, wie z. B. einer Drehzahl des Rotors.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Er- findung Bezug nehmend auf den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 in einer schematischen Darstellung ein Fahrzeug mit einer Antriebsanordnung gemäß einer Aus- führungsform der Erfindung;

Figur 2 in einer schematischen Explosionsdarstellung die in Figur 1 dargestellte Antriebsanordnung; Figur 3 in einer schematischen Darstellung eine

Draufsicht einer Elektronikeinheit der in Figur 1 dargestellten Antriebsanordnung; und Figur 4A, 4B in schematischen Darstellungen eine Draufsicht

(Figur 4A) und eine Untersicht (Figur 4B) einer Elektronikeinheit gemäß einer weiteren Aus ¬ führungsform. Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt ein Fahrzeug mit einer Antriebsanordnung in einer schematischen Darstellung. Das Fahrzeug FZ umfasst eine Antriebsanordnung AA, die über eine Kupplung KP2 mit einer Getriebewelle GW eines Getriebes GT, über das Getriebe GT mit einer Antriebswelle AW und weiter über die Antriebswelle AW mit Antriebsrädern AR des Fahrzeugs FZ zur Drehmomentübertragung mechanisch verbunden ist. Ferner umfasst das Fahrzeug FZ eine Traktionsbatterie zum Speichern und Be ¬ reitstellen vom Betriebsstrom für die Antriebsanordnung AA.

Die Antriebsanordnung AA umfasst eine Verbrennungsmaschine VM, eine Kupplung KP1 sowie eine elektrische Maschine EM. Ferner umfasst die Antriebsanordnung AA eine Elektronikeinheit EE mit einem Inverter IV.

Die Verbrennungsmaschine VM umfasst eine Kurbelwelle KW und ist über diese Kurbelwelle KW mit der Kupplung KP1 zur Drehmo- mentübertragung gekoppelt.

Die elektrische Maschine EM ist als eine permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet und über eine Rotorwelle RW mit der Kupplung KP1 zur Drehmomentübertragung gekoppelt. Zur Dreh- momentübertragung von der Antriebsanordnung AA zu den Antriebsrädern AA ist die elektrische Maschine EM über die Ro ¬ torwelle RW ferner mit der Kupplung KP2 außerhalb der Antriebsanordnung AA gekoppelt. Die elektrische Maschine EM dient als ein kurbelwellenmontierter Starter-Generator bekannter Art für die Verbrennungsmaschine VM.

Der Inverter IV ist über Stromphasen SP mit der elektrischen Maschine EM bzw. deren Statorwicklungen elektrisch verbunden und stellt beim Betrieb des Fahrzeugs FZ Phasenströme für die elektrische Maschine EM bereit, die er von einem von der Traktionsbatterie BT bereitgestellten Batteriestrom umwandelt.

Die elektrische Maschine EM und die Elektronikeinheit EE bilden gemeinsam die Elektromotoreinheit ME, die nachfolgend de ¬ tailliert beschrieben wird.

Figur 2 zeigt die zuvor genannte Elektromotoreinheit ME der Antriebsanordnung AA in einer schematischen Explosionsdarstellung .

Die Elektromotoreinheit ME umfasst die zuvor beschriebene elektrische Maschine EM als eine permanenterregte oder fremderregte Synchronmaschine und ein Gehäuse GH mit einer zylindermantelförmigen Gehäusewand GW. Das Gehäuse GH bzw. die Gehäusewand GW ist um eine Achse AS der elektrischen Maschine EM umlaufend ausgebildet und umrandet somit einen zylinderförmigen Hohlraum HR1.

In dem Hohlraum HR1 des Gehäuses GH weist die elektrische Maschine EM einen Stator ST auf, der in dem Hohlraum HR1 konzentrisch angeordnet ist und an dem Gehäuse GH bzw. der Gehäusewand GW drehfest befestigt ist. Der Stator ST ist um die Achse AS der elektrischen Maschine EM umlaufend ausgebildet und umrandet einen weiteren zylinderförmigen Hohlraum HR2, der zu dem zuvor genannten Hohlraum HR1 konzentrisch ausgebildet ist.

In dem Stator ST sind Wicklungsstäbe in einer dem Fachmann bekannten Weise eingeführt und entsprechend dem Wicklungsschritt verschränkt und bis auf sechs freiliegende Wicklungsenden WD miteinander verschweißt, so dass diese drei Statorwicklungen WL des Stators ST ausbilden. Die sechs freiliegenden Wicklungsenden WD sind in Richtung der Achse AS von dem Stator ST hinausgeführt.

In dem Hohlraum HR2 des Stators ST weist die elektrische Maschine EM einen Rotor RT auf, der in dem Hohlraum HR2 konzentrisch und gegenüber dem Stator ST drehbar angeordnet ist. Der Rotor RT weist seinerseits einen Hohlraum HR3 auf, der konzentrisch zu dem Rotor RT und zu den beiden zuvor genannten Hohlräumen HR1, HR2 ausgebildet ist. In diesem Hohlraum HR3 ist die zuvor be ¬ schriebene Kopplung KP1 zumindest teilweise bzw. deren Kom ¬ ponenten, wie z. B. eine Schwungscheibe, eine Kupplungsscheibe usw., angeordnet und mit der Rotorwelle RW gekoppelt.

Die Elektromotoreinheit ME umfasst ferner ein Halterelement HE, das ringscheibenförmig ausgebildet ist und den Stator ST in Richtung der Achse AS einseitig abdeckt. Das Halteelement HE besteht im Wesentlichen aus einem elektrisch isolierenden und thermisch leitenden Material, wie z. B. einer Duroplaste, und dient zur elektrischen Isolation zwischen dem Stator ST und der nachfolgend zu beschreibenden Elektronikeinheit EE . Das Hal ¬ teelement HE umfasst einen Kühlkörper KK, der Kühlkanäle zum Durchleiten einer Kühlflüssigkeit zur Kühlung des Stators ST und der Elektronikeinheit EE aufweist.

Die Elektromotoreinheit ME umfasst ferner die zuvor genannte Elektronikeinheit EE mit dem Inverter IV, die zur Steue ¬ rung/Regelung der elektrischen Maschine EM und zum Bereitstellen von Phasenströmen für die elektrische Maschine EM ausgebildet ist. Die Elektronikeinheit EE ist auf einem oder mehreren ringscheibenförmigen Schaltungsträgern TR (in der Figur 2 ist nur ein Schaltungsträger beispielhaft abgebildet) implementiert, der/die an einer von dem Stator ST abgewandten Seite des Halteelements HE befestigt ist/sind.

Die Elektromotoreinheit ME umfasst ferner eine Isolierabdeckung IS, die ebenfalls ringscheibenförmig ausgebildet ist und die Elektronikeinheit EE einseitig isolierend abdeckt und den

Hohlraum HRl des Gehäuses GH einseitig abschließt und somit auch als Gehäusedeckel der Elektromotoreinheit ME dient.

In Figur 3 ist die in Figur 2 dargestellte Elektronikeinheit EE in einer schematischen Draufsicht abgebildet. Auf dem ringscheibenförmigen Schaltungsträger TR sind die Schaltungskomponenten SK der Elektronikeinheit EE, wie z. B. Transistorschalter, angeordnet und elektrisch verbunden. In Figuren 4A und 4B ist eine alternative Ausführungsform der Elektronikeinheit EE in einer schematischen Drauf- und Un ¬ tersicht abgebildet. In dieser Ausführungsform weist die Elektronikeinheit EE einen Schaltungsträger TR auf, der die Form einer halben Ringscheibe (eines Ringscheibensektors) aufweist. Auf beiden Oberflächen OFl, OF2 dieses Schaltungsträgers TR sind Schaltungskomponenten SK der Elektronikeinheit EE angeordnet und elektrisch verbunden.