DE102011113198A1

DE102011113198A1 - Querträger zur Befestigung einer elektrischen Maschine in einem Motorraum eines Fahrzeugs und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102011113198A1
Application number: DE102011113198A
Authority: DE
Inventors: Nico Spitzenberg; Markus Novotny; Peter Bugiel
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-09-10
Filing date: 2011-09-10
Publication date: 2013-03-14

Abstract

Es wird ein Querträger (10) zur Befestigung einer elektrischen Maschine (24) in einem Motorraum (12) eines Fahrzeugs, insbesondere einem rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, offenbart. Der Querträger (10) ist sich in Fahrzeugquerrichtung (Y-Richtung) erstreckend im Motorraum (24) aufnehmbar, wobei er sich auf wenigstens einem Aggregatelager (14) des Fahrzeugs abstützt. Der Querträger (10) weist einen Hohlraum (16) auf, in welchem eine Leistungselektronik (18) zur Ansteuerung der elektrischen Maschine (24), aufnehmbar ist. Mittels eines Kühlkreislaufs (26, 28) wird sowohl die Leistungselektronik (18) als auch die elektrische Maschine (24) gemeinsam gekühlt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Querträger zur Befestigung einer elektrischen Maschine in einem Motorraum eines Fahrzeugs mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Fahrzeug mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
Ein Antriebsaggregat für ein Fahrzeug, insbesondere eine elektrische Maschine zum Antrieb des Fahrzeugs, wird häufig in einem Motorraum an einem Querträger starr befestigt aufgenommen. Über den Querträger wird das Antriebsaggregat am Fahrzeugaufbau über Aggregatelager fixiert. Im Falle einer elektrischen Maschine wird dabei auch die der elektrischen Maschine zugeordnete Leistungselektronik aufbaufest beziehungsweise aggregatfest, auch integriert im Aggregategehäuse, im Motorraum aufgenommen. Meistens verfügt die Leistungselektronik dabei über einen gemeinsamen Kühlkreislauf.
Beispielsweise ist im Dokument DE 10 2009 040 896 A1 eine Anordnung zur Befestigung einer Baugruppe im Motorraum eines Fahrzeugs beschrieben. Die elektrische Maschine ist quer orientiert und hängend unterhalb eines Querträgers fixiert im Motorraum aufgenommen. Die der elektrischen Maschine zugehörige Leistungselektronik wird in einer derartigen Anordnung ebenfalls am Querträger befestigt.
Es hat sich herausgestellt, dass eine derartige Anordnung einen gewissen Bauraum beansprucht, so dass der Wunsch nach einer kompakten Konstruktion entstanden ist. Des Weiteren ist auch bei einer Integration der Leistungselektronik in die elektrische Maschine der maximal verfügbare Bauraum durch die Gehäusegeometrie eingeschränkt, wobei außerdem geeignete Anbindungspunkte für die Aggregatelagerung freigehalten werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen stabilen Aufbau für eine elektrische Maschine in einem Motorraum eines Fahrzeugs zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch einen Querträger mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Der erfindungsgemäße Querträger zur Befestigung einer elektrischen Maschine, bevorzugt einer permanenterregten Synchronmaschine, in einem Motorraum eines Fahrzeugs ist sich in Fahrzeugquerrichtung (Y-Richtung) erstreckend im Motorraum aufnehmbar. Dabei stützt sich der Querträger auf wenigstens einem Aggregatelager, bevorzugt wenigstens zwei Aggregatelagern, des Fahrzeugs ab. Der erfindungsgemäße Querträger weist einen Hohlraum auf, in welchem eine Leistungselektronik zur Ansteuerung der elektrischen Maschine, aufnehmbar ist.
Die Funktion Aggregateträger und Leistungselektronikgehäuse werden im erfindungsgemäßen Querträger bei vorteilhaft hoher Bauraumnutzung vereint. Neben einer mechanischen Integration wird auf die erfindungsgemäße, vorteilhafte Weise auch eine elektrische Integration ermöglicht. In Konsequenz können Gehäuseteile eingespart und Gewicht reduziert werden.
Der Hohlraum ist insbesondere, beispielsweise mit einer Deckelplatte, verschließbar oder geschlossen. Da typischerweise der Querträger aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise einer Aluminiumlegierung gefertigt ist, können auf diese Weise gleichzeitig eine elektromagnetische Abschirmung der Leistungselektronik sowie ein Schutz gegen einfache mechanische Einwirkungen oder Verschmutzungen realisiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich der Hohlraum in einem mittleren Teil des Querträgers und der Querträger weist an seinen Querenden jeweils wenigstens ein Abstützteil auf.
Besonders vorteilhaft sind Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Querträgers mit einer fachwerkartigen Struktur, insbesondere bezüglich der Anbindung an Aggregatelager. Die fachwerkartige Struktur erhöht die Steifigkeit des Querträgers bei gleichzeitig geringem Gewicht. Auch wird Verwindungen des Querträgers durch die fachwerkartige Struktur entgegengewirkt.
Des Weiteren oder alternativ dazu kann der Hohlraum des erfindungsgemäßen Querträgers im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet sein. Auf diese Weise kann besonders wirkungsvoll der zur Verfügung gestellte Bauraum genutzt werden, indem eine Leistungselektronik im Hohlraum aufgenommen wird.
Im Zusammenhang der Erfindung steht auch ein Fahrzeug mit einem Motorraum, einer elektrischen Maschine, bevorzugt einer permanenterregten Synchronmaschine, und einer Leistungselektronik zur Ansteuerung der elektrischen Maschine. Das erfindungsgemäße Fahrzeug weist einen Querträger zur Befestigung der elektrischen Maschine im Motorraum und zur Aufnahme der Leistungselektronik mit einzelnen Merkmalen oder Merkmalskombinationen gemäß dieser Darstellung auf. Insbesondere kann die Leistungselektronik elektrische und fluidische Schnittstellen aufweisen, so dass ein elektrischer beziehungsweise ein fluidischer Anschluss erfolgen kann.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann für verschiedene Varianten von elektrischen Maschinen, zum Beispiel unterschiedlicher Leistungsklassen, in einer Reihe von gleichen Fahrzeugen oder in einer Gruppe von verschiedenen Fahrzeugen genutzt werden, wobei eine einheitliche Leistungselektronik zum Einsatz gelangt.
Für die Praxis besonders bedeutsam ist, dass in bevorzugten Ausführungsformen das Fahrzeug wenigstens einen Kühlkreislauf umfasst, mittels welchem sowohl die Leistungselektronik als auch die elektrische Maschine gemeinsam gekühlt werden. Dadurch wird die Kühlfluidführung vereinfacht und/oder verkürzt. Des Weiteren können auch elektrische Verbindungen zwischen Leistungselektronik und elektrischer Maschine direkt intern realisiert werden. Es sind dann nur äußere Anschlüsse für Kühlfluidvor- und -rücklauf sowie DC-Hochvolt- und Signalspannung erforderlich und vorhanden.
Des Weiteren oder alternativ dazu kann die Leistungselektronik des erfindungsgemäßen Fahrzeugs flächig im Wesentlichen in der Ebene, die aufgespannt durch die Fahrzeuglängsrichtung (X-Richtung) und die Fahrzeugquerrichtung (Y-Richtung) ist, im Hohlraum aufgebaut ist. Dabei kann die Leistungselektronik eine Mehrzahl von Subkomponenten aufweisen und/oder modular aufgebaut sein. Besonders zweckmäßig ist dafür, wenn der Querträger eine Grundplatte wenigstens in seinem mittleren Teil aufweist, welche in Form einer breiten Platte dem Querträger Stabilität verleiht.
Auch kann insbesondere die elektrische Maschine des erfindungsgemäßen Fahrzeugs unmittelbar am Querträger aufgenommen sein.
An dieser Stelle sei hervorgehoben, dass besonders bevorzugt die elektrische Maschine des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ein Leistungsaggregat, auch als Antriebsaggregat zu bezeichnen, eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs ist.
Besonders bevorzugte Ausführungsformen können rein elektrisch angetriebene Fahrzeuge, also brennkraftmaschinenlose Fahrzeuge sein. Anders gesagt, die elektrische Maschine kann das einzige Antriebsaggregat des Fahrzeugs darstellen.
Das Fahrzeug ist insbesondere ein Landfahrzeug, bevorzugt ein schienenloses Landfahrzeug. Das Fahrzeug kann insbesondere ein Personenfahrzeug oder ein Nutzfahrzeug sein.
Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug kann des Weiteren auch einzelne oder mehrere Merkmale der Anordnung aufweisen, die im Dokument DE 10 2009 040 896 A1 offenbart worden ist. Der Offenbarungsgehalt dieses Dokument wird hiermit in diese Darstellung durch explizite Bezugnahme aufgenommen.
Weitere Vorteile und eine vorteilhafte Ausführungsform mit Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt. Es zeigt im Einzelnen:
1 eine Ansicht von oben einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Querträgers in einem Motorraum eines Fahrzeugs,
2 eine Seitenansicht der in der 1 gezeigten Ausführungsform,
3 eine Ansicht von vorn der in der 1 gezeigten Ausführungsform,
4 eine Seitenansicht der Antriebseinheit der in der 1 gezeigten Ausführungsform,
5 eine Schrägansicht der Antriebseinheit der in der 1 gezeigten Ausführungsform, und
6 eine Ansicht der Antriebseinheit von oben der in der 1 gezeigten Ausführungsform.
Die 1 zeigt eine Ansicht von oben einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Querträgers 10 in einem Motorraum 12 eines Fahrzeugs. Der Querträger 10 erstreckt sich in Y-Richtung, quer zur Fahrzeugrichtung. Unter dem Querträger 10 ist eine elektrische Maschine 24 als Antriebsaggregat des Fahrzeugs über Verbindungselemente befestigt. Der Querträger 10 stützt sich über Aggregatelager 14 auf Karosserieteilen 20 ab. Der Querträger 10 weist in seinem mittleren Teil einen Hohlraum 16 auf, welcher sich rechteckförmig beziehungsweise quaderförmig in Y-Richtung erstreckt. In diese Hohlraum 16 ist die Leistungselektronik 18 aufgenommen (siehe dazu auch die 5 und 6). Hohlraum 16 und Aggregatelager 14 sind über jeweils zwei Trägerarme 30 pro Seite miteinander verbunden. Der erfindungsgemäße Querträger 16 weist damit eine fachwerkartige Struktur auf, welche sich durch eine relativ große Stabilität bei geringem Gewicht auszeichnet. Die erfindungsgemäße Anordnung ist besonders kompakt, wie insbesondere anhand der in der 1 dargestellten Bewegungshüllkurven 22 der Gelenkwellen ersichtlich wird.
In der 2 ist in der 1 gezeigten Ausführungsform von der Seite mit denselben Bezugszeichen dargestellt. In diesem Bild ist deutlich erkennbar, dass der Hohlraum 16 sich flach in Z-Richtung und breit in der Ebene der X-Y-Richtungen erstreckt. Auch ist die elektrische Maschine 24 unterhalb des Querträgers 10 deutlich erkennbar.
Die 3 stellt die in der 1 gezeigten Ausführungsform von vorne dar. In dieser Ansicht sind der Kühlfluidzulauf 26 und der Kühlfluidablauf 28 gut zu sehen: Erfindungsgemäß weisen Querträger 10 und elektrische Maschine 24 einen gemeinsamen Kühlkreislauf auf. Das Kühlfluid gelangt von der elektrischen Maschine 24 direkt zum Hohlraum 16 des Querträgers 10, in welchem sich die Leistungselektronik befindet. Als Kühlfluid kommt bevorzugt Wasser, gegebenenfalls mit Zusätzen gegen Korrosion, gegen Frost und/oder dergleichen, zum Einsatz. Analog sind auch die Leistungselektronik und die elektrische Maschine 24 direkt elektrisch (Hochspannungsleitungen) miteinander verbunden.
Die 4 ist eine Seitenansicht der Antriebseinheit der in der 1 gezeigten Ausführungsform. In Ergänzung dazu zeigt die 5 eine Schrägansicht der Antriebseinheit der in der 1 gezeigten Ausführungsform, wobei in beiden Figuren gleiche Teile wiederum mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Aus diesen Darstellungen tritt die erfindungsgemäße Integration dem Betrachter besonders klar hervor.
Die Antriebseinheit bildet mit dem Querträger 10 eine gemeinsame, zusammenhängende Baugruppe. Durch die direkte Anbindung entsteht elektrisch gesehen ein gemeinsames Gehäuse, in welchem sowohl die elektrische Maschine, die Leistungselektronik als auch die drei Phasen Leitungen zwischen Pulswechselrichter und elektrischer Maschine untergebracht sind. Die dreiphasige Leitung führt die zum Antrieb der elektrischen Maschine notwendige getaktete, mittelfrequente Wechselspannung.
Auf diese erfindungsgemäße Weise entstehen erhebliche Vorteile bezüglich der Elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) des elektrischen Aufbaus: Im Falle einer nicht integrierten Bauweise gemäß dem Stand der Technik ist beim mechanischen Anbau der Leistungselektronik an den Aggregateträger zwingend eine externe Verschaltung zwischen Leistungselektronik und elektrischer Maschine mittels abgeschirmter HV-Leitungen notwendig. Zwischen den Gehäusen der Komponenten treten durch über die Schirme rückfließender Störströme in Verbindung mit den Transferimpedanzen der Kabelschirme sowie der Erdungsimpedanzen der Potentialausgleichsleitungen gewisse Potentialdifferenzen auf, wodurch elektrische Felder und abgestrahlte Störungen resultieren können.
In der 6 ist die Antriebseinheit der in der 1 gezeigten Ausführungsform schließlich von oben gezeigt, wobei gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Deutlich wird in dieser Ansicht insbesondere die fachwerkartige Struktur des Querträgers 10 mit dem sich im mittleren Teil befindlichen Hohlraum 16 zur Aufnahme der Leistungselektronik 18 und den zu den Aggregatelagern 14 führenden Trägerarmen 30.
Bezugszeichenliste

10: Querträger
12: Motorraum
14: Aggregatelager
16: Hohlraum
18: Leistungselektronik
20: Karosserieteile
22: Bewegungshüllflächen
24: elektrische Maschine
26: Kühlfluidzulauf
28: Kühlfluidablauf
30: Trägerarm

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

DE 102009040896 A1 [0003, 0020]

Claims

Querträger (10) zur Befestigung einer elektrischen Maschine (24) in einem Motorraum (12) eines Fahrzeugs, der sich in Fahrzeugquerrichtung (Y-Richtung) erstreckend im Motorraum (12) aufnehmbar ist, wobei der Querträger (10) sich auf wenigstens einem Aggregatelager (14) des Fahrzeugs abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (10) einen Hohlraum (16) aufweist, in welchem eine Leistungselektronik (18) zur Ansteuerung der elektrischen Maschine (24) aufnehmbar ist.
Querträger (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Hohlraum (16) in einem mittleren Teil des Querträgers (10) befindet und dass der Querträger (10) an seinen Querenden jeweils wenigstens ein Abstützteil aufweist.
Querträger (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine fachwerkartige Struktur.
Querträger (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (16) im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist.
Fahrzeug mit einem Motorraum (12), einer elektrischen Maschine (24) und einer Leistungselektronik (18) zur Ansteuerung der elektrischen Maschine (24), gekennzeichnet durch einen Querträger (10) zur Befestigung der elektrischen Maschine (24) im Motorraum (12) und zur Aufnahme der Leistungselektronik (18) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.
Fahrzeug gemäß Anspruch 4, gekennzeichnet durch wenigstens einen Kühlkreislauf (26, 28), mittels welchem sowohl die Leistungselektronik (18) als auch die elektrische Maschine (24) gemeinsam gekühlt werden.
Fahrzeug gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (18) flächig im Wesentlichen in der Ebene, die aufgespannt durch die Fahrzeuglängsrichtung (X-Richtung) und die Fahrzeugquerrichtung (Y-Richtung) ist, im Hohlraum (16) aufgebaut ist.
Fahrzeug gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die elektrische Maschine (24) unmittelbar am Querträger (10) aufgenommen ist.
Fahrzeug gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (24) ein Leistungsaggregat (18) eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs ist.
Fahrzeug gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug ist.