DE102011082696A1

DE102011082696A1 - Elektromotor eines Hybridgetriebes, das Kabelabgänge an einer radialen Umfangsfläche aufweist sowie elektrische Achse eines Hybridantriebs

Info

Publication number: DE102011082696A1
Application number: DE102011082696A
Authority: DE
Inventors: Markus Klinger; Fritz Wiesinger; Tomas Smetana
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-09-14
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2013-03-14

Abstract

Die Verbindung betrifft einen Elektromotor (1) eines Kraftfahrzeuges, wie eines reinen Elektrofahrzeuges oder eines Hybridfahrzeuges, mit einem Gehäuse (2), in dessen Innerem (3) ein Stator (5) vorhanden ist, wobei über ein zum Leiten von elektrischem Strom ausgelegtes Bauteil (11) in Verbindung mit dem Stator (5) und einem gehäuseexternen Bauteil, wie einem Umrichter, realisiert ist, und das Gehäuse (2) zumindest eine Öffnung (10) zum Durchführen des zum Leiten von elektrischem Strom ausgelegten Bauteils (11) aufweist, wobei die Öffnung (10) an einer radialen Umfangsfläche (9) des Gehäuses (2) vorhanden ist. Die Erfindung betrifft auch eine elektrische Achse eines Hybridantriebs mit einem solchen Elektromotor (1).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor eines Kraftfahrzeuges, wie eines reinen Elektrofahrzeuges oder eines Hybridfahrzeuges, mit einem Gehäuse, in dessen Inneren ein Stator vorhanden ist, wobei über ein zum Leiten von elektrischem Strom ausgelegtes Bauteil eine Verbindung mit dem Stator und einem gehäuseexternen Bauteil, wie einem Umrichter, realisiert ist, und das Gehäuse zumindest eine Öffnung zum Durchführen des zum Leiten von elektrischem Strom ausgelegten Bauteils aufweist.
Solche Elektromotoren werden in Kraftfahrzeugen, wie Hybridkraftfahrzeugen und reinen elektrobetriebenen Kraftfahrzeugen eingesetzt, etwa Pkws, Lkws oder sonstigen landgebundenen Kraftfahrzeugen. Insbesondere werden solche Elektromotoren zur Reduktion eines Kraftstoffverbrauchs von Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt oder als Alternative zu Verbrennungskraftmaschinen.
Aufgrund von solch wirtschaftlichen aber auch gesetzlichen Zwängen, werden Elektromotoren immer häufiger in Kraftfahrzeugen eingesetzt.
Ein Einsatzbereich solcher Elektromotoren ist bspw. ein Achshybrid-Modul. Das Design kann aber auch in Elektroachsen bspw. in einer All-Wheel-Drive-Anordnung und/oder einer Längsanordnung eingesetzt werden.
Üblicherweise werden die Elektromotoren, deren von ihnen zur Verfügung gestelltes Drehmoment einem Differential zugeführt wird, mit elektrischem Strom und Regelimpulsen versorgt. Der Strom und die Regelimpulse werden über Kabel, bspw. über eines oder mehrere Leistungskabel einerseits und eines oder mehrere Sensorkabel andererseits, bspw. Temperatursensorkabel und Koordinatenwandlerkabel, welche mit einem Resolver in Verbindung stehen, verbunden.
Bisher ist es üblich, dass Leistungskabel direkt von außen durch eine Durchgangsöffnung des Getriebegehäuses mit dem Elektromotor verbunden werden. Der Elektromotor wird dadurch mit Strom versorgt. Auch die weiteren Kabel, welche mit Temperatursensoren oder einem Resolver verbunden sind, werden direkt und ohne Umweg über die Durchgangsöffnung des Getriebegehäuses eingeführt. Die Kabel liegen außerhalb des Getriebegehäuses frei und sind dort evtl. auf sie einwirkenden Störgrößen schutzlos ausgeliefert.
Ein bekannter Stand der Technik ist etwa aus der US 7 884 511 bekannt. Dort ist offenbart, dass ein erst an einer Axialfläche austretendes Kabel eines Resolvers nach einer Umlenkung radial nach oben geführt wird.
An bisher konstruierten Elektromotoren für sog. E-Differentiale, also mit dem Elektromotor direkt oder indirekt verbundene Differentiale und ähnlichen Achshybridmodulen, treten Kabel axial aus dem Statorverguss aus. Sie sind mittels Verschraubungen zusätzlich im Gehäuse befestigt. Diese Verschraubungen dienen der Zugentlastung und Abdichtung der Kabel. Das entsprechende Kabel selbst wird je nach Bedarf und in Abhängigkeit von der Entfernung zu einem Umrichter, abgelängt und am Kabelende mit einem Stecker versehen.
Sitzt der Umrichter im Fahrzeug über dem Achshybridmodul, also auch über dem Elektromotor, müssen die Kabel bei einem axialen Austritt in einem Bogen zum Umrichter geführt werden. Je nach Kabeldurchmesser kann der dann einzuhaltende Biegeradius relativ groß werden. Gemäß üblichen Herstellerangaben sind die Biegeradien dabei viermal so groß zu halten, wie der etwaige Kabeldurchmesser. Ist der Kabeldurchmesser bspw. 17 mm, so ist ein minimal zulässiger Biegeradius 68 mm. Diese Biegung kann sowohl außerhalb als auch innerhalb des Gehäuses verlaufen. In jedem Fall wird dadurch relativ viel axialer Bauraum verbraucht. Bei einer Kabelführung außerhalb des Gehäuses ergibt sich außerdem das Problem, dass die Kabel relativ nahe an rotierenden Steckachsen geführt werden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Elektromotor zur Verfügung zu stellen, der wenig axialen Bauraum benötigt und bei dem keine Gefahr besteht, dass die Kabel von rotierenden Steckachsen beschädigt werden.
Offenbarung der Erfindung
Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Öffnung an einer radialen Umfangsfläche des Gehäuses vorhanden ist.
Auf diese Weise sind die entsprechenden Kabelabgänge bereits in Richtung des Umrichters zeigend ausgerichtet. Dadurch werden unnötige Kabelführungen und große Biegeradien vermieden. Außerdem lassen sich mit einfachen Mitteln trennbare Verbindungen zwischen dem zum Leiten von elektrischem Strom ausgelegten Bauteil, wie einem Leistungskabel, und dem Elektromotor vorhalten. Sogenannte „Steckerlösungen“ sind dann umsetzbar, um die Montage/Demontage im Kraftfahrzeug zu erleichtern.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn das Gehäuse einen Kühlring zum Abführen von im Bereich des Stators auftretender Wärme aufweist und die Öffnung an einer radialen Umfangsfläche des Kühlrings vorhanden ist. Das zum Leiten von elektrischem Strom ausgelegte Bauteil, wie etwa das Leistungskabel, wird vor dem Vergießen des Stators radial durch Aussparungen am Kühlring und Bohrungen im Kabelflansch nach außen geführt. Vor dem Vergießen werden diese mit Kabelverschraubungen fixiert. Auf diese Weise lässt sich das zum Leiten von elektrischem Strom ausgelegt Bauteil platzsparend und störungsunanfällig verlegen.
Es ist auch von Vorteil, wenn die Öffnung an einem axialen Ende des Gehäuses vorhanden ist. Bei einer solchen Ausführung lässt sich die Öffnung einfach als Aussparung realisieren. Spanende oder spanlose Fertigungsverfahren lassen sich dann kostengünstig heranziehen.
Wenn die Öffnung als abgerundeter Schlitz ausgebildet ist und sich bis zu einem axialen Ende des Gehäuses erstreckt, so kann das zum Leiten von elektrischem Strom ausgelegte Bauteil an einer besonders geeigneten Stelle verlegt werden und die Öffnung während der Fertigung schnell eingebracht werden.
Wenn eine Vielzahl von Öffnungen vorhanden ist, so lassen sich nicht nur Leistungskabel, sondern auch Sensorkabel, Temperatursensorkabel, Resolverkabel und ähnliche Kabel an geeigneter Stelle verlegen. Es ist dabei von Vorteil, wenn die Öffnungen nahe zueinander positioniert sind, also bspw. in einem 60°-Segment am Umfang des Gehäuses. Die Fertigungsarbeiten lassen sich dann vereinfachen.
Um ein effizientes Arbeiten des Elektromotors zu gewährleisten, ist es von Vorteil, wenn das Bauteil ein Kabel, wie ein Leistungs-, Sensor-, Temperatursensor- und/oder Versorgerkabel ist oder als Stecker ausgebildet ist. Gerade bei der Ausgestaltung eines Steckers lässt sich die Montage und Demontage im Fahrzeug erleichtern.
Individuelle Lösungen lassen sich auch dann realisieren, wenn in der Öffnung ein Kabelflansch vorhanden ist, indem eine Einbaudose vorzugsweise konzentrisch eingeschraubt ist und die Einbaudose mit einem Stecker verbindbar ist.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass das als Leistungskabel ausgebildete, zum Leiten von elektrischem Strom ausgelegte Bauteil und der Stator vollständig von dem aus Vergussmaterial ausgebildeten Gehäuse umgeben sind.
Der Fertigungsprozess des Elektromotors lässt sich auch vereinfachen, wenn das Leistungskabel mit dem Stator durch eine Crimpverbindung verbunden ist, insbesondere im Bereich von Kabelwindungen.
Die Erfindung betrifft auch eine elektrische Achse eines Hybridantriebs mit einem wie vorstehend als erfindungsgemäß erläuterten Elektromotor.
Die Erfindung wird nachfolgend auch mithilfe einer Zeichnung näher erläutert. Es sind dabei zwei Ausführungsbeispiele mithilfe der Figuren erläutert. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Elektromotor im Ausschnitt,
2 eine Ansicht von der Seite des Elektromotors aus 1, wobei die Darstellung aus 1 ein Schnitt entlang der Linie I aus dieser 2 wiedergibt,
3 eine perspektivische Ansicht des Elektromotors der 1 und 2,
4 eine singuläre perspektivische Darstellung eines Kühlrings des Gehäuses des Elektromotors, wie er in den 1 bis 3 visualisiert ist und
5 eine Variante der Anbindung eines zum Leiten von elektrischem Strom ausgelegten Bauteils, wie eines Leitungskabels im an den Stator angeschlossenen Zustand.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein erster erfindungsgemäßer Elektromotor 1 dargestellt. Dieser Elektromotor 1 wird in einem Hybridfahrzeug eingesetzt, und zwar in einem Achshybrid-Modul. Der Elektromotor weist ein Gehäuse 2 auf. Das Gehäuse 2 ist aus Gussmaterial, wie Leichtmetallguss hergestellt. Das Gehäuse 2 weist ein Inneres 3 und ein Äußeres 4 auf.
Im Inneren 3 des Gehäuses 2 ist ein Stator 5 angeordnet. Der Stator 5 wirkt mit einem Rotor elektromagnetisch zusammen und versetzt eine in 2 zu erkennende Welle 6 in Bewegung. Die Welle 6 rotiert um eine durch sie verlaufende Rotationsachse 7 dabei.
Zurückkommend zu 1 ist außerhalb des Stators 5 auch ein Kühlring 8 vorhanden. Das Gehäuse 2 umfasst dabei den Kühlring 8. Durch das Gehäuse 2 und den Kühlring 8 verlaufen an einer radialen Umfangsfläche 9 Öffnungen 10. Diese Öffnungen 10 sind auch in 4 gut zu erkennen.
Auf der Außenseite des Gehäuses 2, also dem Äußeren 3 ist ein Umrichter positioniert, der mit dem Stator über ein elektrischen Strom leitenden Bauteil 11 verbunden ist. Die Öffnungen 10 sind dabei als Steckplätze ausgebildet und nehmen je einen Kabeflansch 12 auf. Die Öffnungen 10 sind oberhalb einer radialen Umfangsfläche des Stators 5 befindlich. Die Öffnungen 10 sind ferner an einem axialen Ende 13 in das Gehäuse 2 eingebracht.
Wie in 4 auch zu erkennen, sind die Öffnungen 10 als abgerundete Schlitze ausgebildet, die sich vom axialen Ende 13 des Kühlrings 8 in Längsrichtung des Kühlrings 8 verlaufend erstrecken. Die Öffnungen 10 ragen somit durch eine äußere Gehäuseschicht und den radial innerhalb dazu angeordneten Kühlring 8.
Der Kühlring 8 weist auf seiner Außenseite Rippen 14 auf. Zwischen einem entsprechenden Gehäuseabschnitt 15 und dem Kühlring 8 werden im verbauten Zustand des Kühlrings 8 im Inneren 3 des Gehäuses 2 Kühlkanäle 16 ausgebildet.
Der Gehäuseabschnitt 15 kann auch als Außengehäuse oder äußere Gehäuseschicht verstanden werden. Es ist auch möglich, dass der Kühlring 8 ein integraler Bestandteil des Gehäuses 2 ist, insbesondere des Gehäuseabschnitts 15.
Die Öffnungen 10 sind in einer zur Längsachse des Gehäuses 2 orthogonal ausgerichteten Ebene nebeneinander befindlich vorhanden, und derart ausgerichtet, dass durch sie verlaufende Bauteile zum Leiten von elektrischem Strom in dieselbe Richtung zeigen. Diese gleichartige Ausrichtung ist besonders gut der 2 und 3 zu entnehmen.
In 5 ist eine Variante gezeigt, in der eine Leistungssteckverbindung mittels einer Einbaudose 17, die in den Kabelflansch 12 gesteckt ist, realisiert ist, wobei ein Stecker 18 die Einbaudose teilweise umgibt, um letztlich einen elektrischen Kontakt zwischen dem Stator 5 und dem zum Leiten von elektrischem Strom ausgelegten Bauteil 11, das als Leistungskabel 19 ausgebildet ist, sicherzustellen. Der eingesetzte Stecker 18 integriert zusätzlich eine Zugentlastungsfunktion und eine Dichtfunktion.
Auf diese Weise ergeben sich Vorteile beim Packaging, insbesondere in puncto Kabelführung und es kann axialer Bauraum eingespart werden.
Bezugszeichenliste

1: Elektromotor
2: Gehäuse
3: Inneres
4: Äußeres
5: Stator
6: Welle
7: Rotationsachse
8: Kühlring
9: Umfangsfläche
10: Öffnung
11: Bauteil
12: Kabelflansch
13: axiales Ende
14: Rippe
15: Gehäuseabschnitt
16: Kanal
17: Einbaudose
18: Stecker
19: Leistungskabel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7884511 [0007]

Claims

Elektromotor (1) eines Kraftfahrzeuges, wie eines reinen Elektrofahrzeuges oder eines Hybridfahrzeuges, mit einem Gehäuse (2), in dessen Innerem (3) ein Stator (5) vorhanden ist, wobei über ein zum Leiten von elektrischem Strom ausgelegtes Bauteil (11) in Verbindung mit dem Stator (5) und einem gehäuseexternen Bauteil, wie einem Umrichter, realisiert ist, und das Gehäuse (2) zumindest eine Öffnung (10) zum Durchführen des zum Leiten von elektrischem Strom ausgelegten Bauteils (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (10) an einer radialen Umfangsfläche (9) des Gehäuses (2) vorhanden ist.
Elektromotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) einen Kühlring (8) zum Abführen von im Bereich des Stators (5) auftretender Wärme aufweist und die Öffnung (10) an einer radialen Umfangsfläche des Kühlrings (8) vorhanden ist.
Elektromotor (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (10) an einem axialen Ende (13) des Gehäuses (2) vorhanden ist.
Elektromotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (10) als abgerundeter Schlitz ausgebildet ist und sich bis zu einem axialen Ende (13) des Gehäuses (2) erstreckt.
Elektromotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Öffnungen (10) vorhanden sind.
Elektromotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (11) ein Kabel, wie ein Leistungskabel (19), ein Sensorkabel, ein Temperatursensorkabel und/oder ein Resolverkabel ist oder als Stecker (18) ausgebildet ist.
Elektromotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Öffnung (10) ein Kabeflansch (12) vorhanden ist, in dem eine Einbaudose (17) vorzugsweise konzentrisch eingeschraubt ist und die Einbaudose (17) mit einem Stecker (18) verbindbar ist.
Elektromotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das als Leistungskabel (19) ausgebildete zum Leiten von elektrischem Strom ausgelegte Bauteil (11) und der Stator (5) vollständig von dem aus Vergussmaterial ausgebildeten Gehäuse (2) umgeben sind.
Elektromotor (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungskabel (19) mit dem Stator (5) durch eine Crimpverbindung verbunden ist.
Elektrische Achse eines Hybridantriebs mit einem Elektromotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.