DE102021212032A1 - E-axle module of an electrically powered vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein E-Achsen-Modul (10) eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Das E-Achsen-Modul (10) umfasst zumindest eine elektrische Maschine (14), eine Leistungselektronik (12) und ein Getriebe (16). Eine elektrische Schnittstelle (30) zwischen der Leistungselektronik (12) und der elektrischen Maschine (14) ist im Wesentlichen einer Getriebeseite (20) des E-Achsen-Moduls (10) zugeordnet. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des E-Achsen-Moduls (10) in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug.The invention relates to an e-axle module (10) of an electrically driven vehicle. The e-axis module (10) comprises at least one electrical machine (14), power electronics (12) and a transmission (16). An electrical interface (30) between the power electronics (12) and the electrical machine (14) is essentially assigned to a transmission side (20) of the E-axis module (10). The invention also relates to the use of the e-axle module (10) in an electrically powered vehicle.
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die Erfindung bezieht sich auf ein E-Achsen-Modul eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, wobei das E-Achsen-Modul zumindest eine elektrische Maschine, eine Leistungselektronik und ein Getriebe umfasst. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des E-Achsen-Moduls in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, insbesondere in einem Personenkraftwagen oder einem leichten Nutzfahrzeug.The invention relates to an e-axle module of an electrically driven vehicle, the e-axle module comprising at least one electrical machine, power electronics and a transmission. Furthermore, the invention relates to the use of the e-axle module in an electrically driven vehicle, in particular in a passenger car or a light commercial vehicle.
Stand der TechnikState of the art
Bei elektrischen Antrieben von Fahrzeugen werden innerhalb eines E-Achsen-Moduls Subsysteme, insbesondere eine Leistungselektronik, eine elektrische Maschine und ein Getriebe eingesetzt. Diese können weitere optionale Komponenten aufweisen, beispielsweise eine Parksperre. Bei im Allgemeinen eingesetzten elektrischen Antriebseinheiten erfolgt die elektrische Verbindung zwischen der Leistungselektronik und der elektrischen Maschine über Stromschienen und Kabel, die auf einer dem Getriebe abgewandten Seite, die als B-Lager-Seite bezeichnet wird, angeordnet werden. Die Seite des E-Achsen-Moduls, auf der sich das Getriebe befindet, wird als A-Lager-Seite bezeichnet. Durch die Stromschienen beziehungsweise Stromkabel der elektrischen Schnittstelle wird ein zusätzlicher axialer Bauraum auf der E-Maschinenseite des E-Achsen-Moduls benötigt, insbesondere dann, wenn die elektrische Verbindung in horizontaler Lage ausgeführt wird. Bei einer vertikalen Ausführung der elektrischen Verbindung ist eine Mindestbreite am Wickelkopf des Stators der elektrischen Maschine erforderlich, was ebenfalls zu einem höheren Bauraumbedarf auf der E-Maschinenseite des E-Achsen-Moduls führt. Wird die elektrische Schnittstelle an der E-Maschinenseite des E-Achsen-Moduls ausgeführt, wird relativ viel Bauraum benötigt und somit der frei zugängliche Bereich an der Leistungselektronik und auf der E-Maschinenseite limitiert. Dies bedeutet, dass der zur Verfügung stehende Bereich zur Positionierung von weiteren Steckern und Anschlüssen, beispielsweise ein Kühlwasseranschluss, eingeschränkt wird. Gleiches gilt für die mechanische Anbindung des E-Achsen-Moduls an das Fahrzeug. Im Allgemeinen ist die elektrische Schnittstelle zwischen der Leistungselektronik und der elektrischen Maschine nicht gekühlt. Ist eine Kühlung hingegen erforderlich, müssen separate Kühlkomponenten installiert werden, da die Nutzung bereits vorhandener Komponenten und Prinzipien der Kühlung zum Beispiel bei der elektrischen Maschine nicht möglich ist.In the case of electric drives in vehicles, subsystems, in particular power electronics, an electric machine and a transmission, are used within an electric axle module. These can have other optional components, such as a parking lock. In the case of electric drive units that are generally used, the electrical connection between the power electronics and the electric machine takes place via busbars and cables, which are arranged on a side facing away from the transmission, which is referred to as the B-bearing side. The side of the e-axle module where the gearbox is located is called the A-bearing side. The conductor rails or power cables of the electrical interface require additional axial installation space on the electric machine side of the electric axis module, particularly when the electrical connection is made in a horizontal position. With a vertical design of the electrical connection, a minimum width is required at the end winding of the stator of the electrical machine, which also leads to a higher installation space requirement on the electrical machine side of the electrical axis module. If the electrical interface is implemented on the e-machine side of the e-axis module, a relatively large amount of installation space is required and the freely accessible area on the power electronics and on the e-machine side is therefore limited. This means that the area available for positioning additional plugs and connections, for example a cooling water connection, is restricted. The same applies to the mechanical connection of the e-axle module to the vehicle. In general, the electrical interface between the power electronics and the electrical machine is not cooled. If, on the other hand, cooling is required, separate cooling components must be installed, since it is not possible to use existing components and principles of cooling, for example in the electrical machine.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Erfindungsgemäß wird ein E-Achsen-Modul eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei das E-Achsen-Modul zumindest eine elektrische Maschine, eine Leistungselektronik und ein Getriebe umfasst. Eine elektrische Schnittstelle zwischen der Leistungselektronik und der elektrischen Maschine ist im Wesentlichen einer Getriebeseite des E-Achsen-Moduls zugeordnet. Durch die Ausbildung der elektrischen Schnittstelle im Wesentlichen auf der Getriebeseite des E-Achsen-Moduls wird an der E-Maschinenseite des E-Achsen-Moduls Bauraum eingespart. Zudem kann die elektrische Schnittstelle in das Innere des Gehäuses des E-Achsen-Moduls verlegt werden und der dort ohnehin zur Verfügung stehende Bauraum sinnvoll genutzt werden. Dadurch ergibt sich eine verbesserte Zugänglichkeit auf der E-Maschinenseite des E-Achsen-Moduls, was eine zusätzliche Varianz zur Anordnung weiterer Anschlüsse ermöglicht.According to the invention, an e-axle module of an electrically driven vehicle is proposed, the e-axle module comprising at least one electrical machine, power electronics and a transmission. An electrical interface between the power electronics and the electric machine is essentially assigned to a transmission side of the e-axis module. The design of the electrical interface essentially on the transmission side of the e-axis module saves installation space on the e-machine side of the e-axis module. In addition, the electrical interface can be moved inside the housing of the e-axis module and the space available there can be used sensibly. This results in improved accessibility on the e-machine side of the e-axis module, which enables additional variance in the arrangement of further connections.
In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen E-Achsen-Moduls ist die elektrische Schnittstelle durch Stromleiter gebildet, die entweder als Stromschienen oder auch als Kabel ausgeführt sind.In an advantageous development of the E-axis module proposed according to the invention, the electrical interface is formed by current conductors, which are designed either as busbars or as cables.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen E-Achsen-Moduls ist die elektrische Schnittstelle im Inneren eines modularen Gehäuses oder eines integrierten Gehäuses des E-Achsen-Moduls untergebracht. Durch die Integration der elektrischen Schnittstelle in das Gehäuseinnere kann der dort ohnehin vorhandene Bauraum effektiver ausgenutzt werden. Im Außenbereich des modularen Gehäuses oder des integrierten Gehäuses des E-Achsen-Moduls steht somit mehr Platz zur Verfügung, der für die Anbringung kundenindividueller Schnittstellen ausgenutzt werden kann.In an advantageous development of the e-axis module proposed according to the invention, the electrical interface is accommodated inside a modular housing or an integrated housing of the e-axis module. By integrating the electrical interface into the interior of the housing, the space available there can be used more effectively. There is therefore more space available on the outside of the modular housing or the integrated housing of the e-axis module, which can be used to attach customer-specific interfaces.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen E-Achsen-Moduls weist die elektrische Schnittstelle einen vertikalen Austritt aus der Leistungselektrik auf. Dadurch kann die elektrische Schnittstelle relativ kurzbauend gehalten werden, was den Materialeinsatz für die Stromleiter, ob Stromschienen oder Kabel, in optimaler Weise reduziert.In a further advantageous embodiment variant of the E-axis module proposed according to the invention, the electrical interface has a vertical outlet from the power electronics. As a result, the electrical interface can be kept relatively short, which optimally reduces the amount of material used for the conductors, whether busbars or cables.
Des Weiteren ist das E-Achsen-Modul gemäß der vorliegenden Erfindung so beschaffen, dass die elektrische Schnittstelle einen horizontalen Eintritt in die elektrische Maschine, insbesondere im Bereich des Wickelkopfes aufweist. Auch gemäß dieser Ausführungsvariante ist die elektrische Schnittstelle so gestaltet, dass eine möglichst kurz ausgebildete elektrische Schnittstelle verwirklicht wird, die zudem in den Innenraum des E-Achsen-Moduls verlagert ist.Furthermore, the E-axis module according to the present invention is designed in such a way that the electrical interface has a horizontal entry into the electrical machine, in particular in the area of the end winding. According to this embodiment variant, too, the electrical interface is designed in such a way that an electrical interface that is as short as possible is realized which is also relocated to the interior of the e-axis module.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsmöglichkeit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen E-Achsen-Moduls umfasst die elektrische Schnittstelle einen vertikalen Austritt aus der Leistungselektronik und zudem einen vertikalen Eintritt in die elektrische Maschine im Bereich des Wickelkopfes. Diese Ausführungsvariante erlaubt in optimaler Weise eine Darstellung einer elektrischen Schnittstelle als extrem kurzbauende Anordnung der Stromleiter, d. h. der Stromschienen oder Kabel.In a further advantageous embodiment of the E-axis module proposed according to the invention, the electrical interface includes a vertical exit from the power electronics and also a vertical entry into the electrical machine in the area of the end winding. This embodiment variant allows an electrical interface to be represented in an optimal manner as an extremely short arrangement of the current conductors, i. H. the busbars or cables.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene E-Achsen-Modul kann derart ausgebildet sein, dass die elektrische Schnittstelle in einer trockenlaufenden E-Maschine, die beispielsweise durch einen Radialwellendichtring vom Getriebe getrennt ist, durch das Schmiermedium gekühlt ist. In dieser Ausführungsvariante der elektrischen Schnittstelle ist eine systemimmanente Kühlung durch das Schmiermedium dargestellt, ohne dass es zusätzlicher, separat vorzusehender Kühlkomponenten für die elektrische Schnittstelle bedarf.The E-axis module proposed according to the invention can be designed in such a way that the electrical interface in a dry-running E-machine, which is separated from the transmission by a radial shaft sealing ring, for example, is cooled by the lubricating medium. In this embodiment variant of the electrical interface, cooling by the lubricating medium is inherent in the system, without the need for additional cooling components to be provided separately for the electrical interface.
Alternativ besteht die Möglichkeit, das erfindungsgemäß vorgeschlagene E-Achsen-Modul so auszugestalten, dass die elektrische Schnittstelle in einer nasslaufenden elektrischen Maschine durch das Schmiermedium gekühlt ist. Bei dieser Ausführungsvariante ist in der nasslaufenden elektrischen Maschine keine Trennung zwischen der elektrischen Maschine und dem Getriebe vorzusehen, so dass das aufgeschleuderte Schmiermedium unmittelbar zur Kühlung der elektrischen Schnittstelle in Gestalt der Stromleiter eingesetzt werden kann. Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen E-Achsen-Modul besteht die Möglichkeit, dessen Komponenten, insbesondere die Leistungselektronik, die eigentliche elektrische Maschine sowie das Getriebe in einem mehrere Gehäuse und Deckel umfassenden, modularen Gehäuse unterzubringen.Alternatively, there is the possibility of configuring the E-axis module proposed according to the invention in such a way that the electrical interface is cooled by the lubricating medium in a wet-running electrical machine. In this embodiment variant, no separation between the electric machine and the transmission is to be provided in the wet-running electric machine, so that the centrifuged lubricating medium can be used directly to cool the electric interface in the form of the current conductor. With the E-axle module proposed according to the invention, there is the possibility of accommodating its components, in particular the power electronics, the actual electrical machine and the transmission, in a modular housing comprising a plurality of housings and covers.
Alternativ ist es ebenfalls möglich, das E-Achsen-Modul so zu gestalten, dass dessen Komponenten, insbesondere die Leistungselektronik, die elektrische Maschine und das Getriebe in einem gemeinsamen integrierten Gehäuse aufgenommen sind.Alternatively, it is also possible to design the e-axis module in such a way that its components, in particular the power electronics, the electric machine and the transmission, are accommodated in a common, integrated housing.
Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des E-Achsen-Moduls in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, insbesondere in einem Personenkraftwagen oder in einem leichten Nutzfahrzeug.In addition, the invention relates to the use of the e-axle module in an electrically driven vehicle, in particular in a passenger car or in a light commercial vehicle.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Platzierung der elektrischen Schnittstelle zwischen der Leistungselektronik und der im E-Achsen-Modul verbauten Maschine zeichnet sich durch einen geringeren Bauraumbedarf aus. Durch die Positionierung der elektrischen Schnittstelle auf der Getriebeseite kann die E-Maschinenseite des E-Achsen-Moduls flacher und kompakter ausgeführt werden, wodurch der gesamte Bauraumbedarf des E-Achsen-Moduls im Fahrzeug reduziert wird. Durch die im Inneren des modularen Gehäuses oder des integrierten Gehäuses des E-Achsen-Moduls angeordnete Schnittstelle kann eine Erhöhung der Flexbilität bei der Positionierung von Steckern, Anschlüssen und mechanischer Fahrzeuganbindung erreicht werden. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung steht nunmehr die gesamte Fläche der E-Maschinenseite zur Positionierung von weiteren Steckeranschlüssen, beispielsweise Kühlwasseranschluss und dergleichen zur Verfügung. Des Weiteren ergibt sich eine wesentliche Verbesserung der Zugänglichkeit der E-Maschinenseite des E-Achsen-Moduls.The placement of the electrical interface between the power electronics and the machine installed in the e-axis module, as proposed according to the invention, is characterized by a smaller installation space requirement. By positioning the electrical interface on the transmission side, the e-machine side of the e-axle module can be made flatter and more compact, which reduces the overall installation space requirement of the e-axle module in the vehicle. The interface located inside the modular housing or the integrated housing of the e-axis module can increase flexibility when positioning plugs, connections and mechanical vehicle connections. In the solution proposed according to the invention, the entire surface of the electric machine side is now available for positioning further plug connections, for example cooling water connections and the like. Furthermore, there is a significant improvement in the accessibility of the e-machine side of the e-axis module.
Zudem kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung eine Kühlung der elektrischen Schnittstelle erreicht werden. Dazu können bereits vorhandene Komponenten, beispielsweise das Schmiermedium des Getriebes als Kühlmedium genutzt werden, ohne dass zusätzliche Kühlkomponenten erforderlich wären. Insbesondere lassen sich die Kühlkomponenten der elektrischen Maschine und des Getriebes für die Kühlung der elektrischen Schnittstelle nutzen.In addition, cooling of the electrical interface can be achieved by the solution proposed according to the invention. For this purpose, existing components, for example the lubricating medium of the transmission, can be used as a cooling medium without the need for additional cooling components. In particular, the cooling components of the electrical machine and the transmission can be used to cool the electrical interface.
Durch die Integration der elektrischen Schnittstelle in den Innenraum des modularen Gehäuses oder des integrierten Gehäuses kann zudem eine kurze Führung der Stromleiter, ob Stromschienen oder Kabel, zwischen der Leistungselektronik und dem Wickelkopf des Stators der elektrischen Maschine erreicht werden. Dies wiederum ermöglicht einen relativ niedrigen Materialaufwand.Integrating the electrical interface into the interior of the modular housing or the integrated housing also allows the current conductors, whether busbars or cables, to be routed briefly between the power electronics and the end winding of the stator of the electrical machine. This in turn allows a relatively low cost of materials.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung besteht die Möglichkeit, eine elektrische Maschine zu skalieren, d. h. diese hinsichtlich einer Verlängerung oder einer Verkürzung der Aktivteile, wie beispielsweise der Rotorwelle, des Rotors und des Stators, in Richtung des B-Lagers kostengünstig zu gestalten. In vorteilhafter Weise kann dabei ausgenutzt werden, dass die elektrische Schnittstelle zur Leistungselektronik beziehungsweise zum Inverter konstant bleibt. Des Weiteren ergibt sich durch die Applikation der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung die Möglichkeit zur Nutzung des Bauraums zwischen Gehäuse und Wickelkopf, der durch das Zwischenlager im Getriebe entsteht.The solution proposed according to the invention makes it possible to scale an electrical machine, i. H. to make them cost-effective in terms of lengthening or shortening the active parts, such as the rotor shaft, the rotor and the stator, in the direction of the B bearing. Advantageously, the fact that the electrical interface to the power electronics or to the inverter remains constant can be used. Furthermore, the application of the solution proposed according to the invention results in the possibility of using the installation space between the housing and the end winding, which is created by the intermediate bearing in the transmission.
Figurenlistecharacter list
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings and the following description.
Es zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung der Komponenten eines E-Achsen-Moduls für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, -
2 eine schematische Darstellung einer horizontalen Ausführung einer elektrischen Schnittstelle zwischen Leistungselektronik und elektrischer Maschine, -
3 eine Darstellung einer vertikalen Ausführung der elektrischen Schnittstelle zwischen der Leistungselektronik und der elektrischen Maschine, -
4 eine gekühlte elektrische Schnittstelle in einer trockenlaufenden elektrischen Maschine und -
5 eine gekühlte elektrische Schnittstelle in einer nasslaufenden elektrischen Maschine.
-
1 a perspective view of the components of an e-axle module for electrically powered vehicles, -
2 a schematic representation of a horizontal design of an electrical interface between power electronics and electrical machine, -
3 a representation of a vertical design of the electrical interface between the power electronics and the electrical machine, -
4 a cooled electrical interface in a dry electrical machine and -
5 a cooled electrical interface in a wet electrical machine.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar elements are denoted by the same reference symbols, with a repeated description of these elements being dispensed with in individual cases. The figures represent the subject matter of the invention only schematically.
Der perspektivischen Darstellung gemäß
Der Darstellung gemäß
Im E-Achsen-Modul 10 gemäß der Darstellung in
Aus der Darstellung gemäß
Der Darstellung gemäß
Aus der Darstellung gemäß
In
In der in
In der Darstellung gemäß
Im Unterschied zur in
Durch sämtliche Ausführungsvarianten der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung gemäß den
Die Ausbildung der elektrischen Schnittstelle 30 im Innenraum des modularen Gehäuses 60 oder des integrierten Gehäuses 62 nutzt den dort im Innenraum der entsprechenden Gehäuse 60, 62 vorhandenen Bauraum zur Aufnahme der elektrischen Schnittstelle 30 wesentlich besser aus. Dabei ist unerheblich, ob die elektrische Schnittstelle 30 mit einem vertikalen Austritt 46 und einem horizontalen Eintritt 48 oder durch den vertikalen Austritt 46 aus der Leistungselektronik 12 und dem vertikalen Eintritt 50 in den Wickelkopf 28 des Stators 24 gebildet ist.The design of the
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the exemplary embodiments described here and the aspects highlighted therein. Rather, within the range specified by the claims, a large number of modifications are possible, which are within the scope of expert action.
Claims (11)
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