Die vorliegende Erfindung betrifft einen Inverter zur Bestromung einer elektrischen Maschine, insbesondere einer elektrischen Maschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines vollelektrischen oder hybrid betriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend ein Invertergehäuse innerhalb dessen die Leistungselektronik des Inverters aufgenommen ist, einen elektrischen Eingang zur Kopplung mit einer elektrischen Gleichspannungsquelle, und einen elektrischen Ausgang zur Kopplung mit einem elektrischen Wechselspannungsverbraucher, wobei die Leistungselektronik konfiguriert ist, die am elektrischen Eingang anliegende Gleichspannung in eine am elektrischen Ausgang anliegende Wechselspannung zu transformieren, wobei der Inverter ferner einen passiven EMV-Filter und/oder einen aktiven EMV-Filter aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Inverters und eine elektrische Maschine.

Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.

Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011 , Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge, der wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planeten- radsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegelraddifferenzial oder Stirnraddifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2-Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibbarer Antriebsstrang bezeichnet.

Die in derartigen Achsantriebssträngen verwendeten elektrischen Axialfluss-, wie auch Radialflussmaschinen werden üblicherweise mit einem Leistungselektronik- Modul bestromt, das auch als Inverter bezeichnet wird. Hierbei besteht zunächst ein anhaltendes Bedürfnis, den Inverter und die elektrische Maschine möglichst kompakt auszuführen und fertigungs- bzw. montagetechnisch besonders vorteilhaft auszubilden.

Wenn mehrere elektronische Vorrichtungen in unmittelbarer räumlicher Nähe zueinander angeordnet sind, wie es zum Beispiel in einem derartigen elektrischen Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs der eingangs genannten Art der Fall ist, ist es erforderlich, die jeweiligen elektronischen Vorrichtungen gegenüber der elektromagnetischen Strahlung der übrigen elektronischen Vorrichtungen zu schützen, da die elektromagnetische Strahlung die jeweiligen elektronischen Funktionen der Bauteile stören kann, was regelmäßig unerwünscht ist. Gleichfalls muss der Austritt von entsprechender elektromagnetischer Strahlung ausgehend von den entsprechenden elektronischen bzw. elektrischen Bauteilen in deren Umgebung weitestmöglich verhindert werden, um eine nicht erwünschte elektromagnetische Einflussnahme (EMV=elektromagnetische Verträglichkeit) auf benachbarte Bauelement zu vermeiden.

Insbesondere auch durch den vermehrten Einsatz von schnell-schaltenden Leistungsschaltern (z.B. SiC oder GaN) steigen die Anforderung an eine derartige EMV- Filterung kontinuierlich. Beim Einsatz von passiven EMV-Filtern würde diese aufgrund der hohen EMV-Anforderungen vergleichsweise groß ausgebildet werden müssen. Ersetzt man einen derartigen passiven EMV-Filter durch einen hybriden EMV-Filter (Kombination aus passiven und aktiven Filter) lässt sich die Größe der passiven Komponenten (Kapazitäten und Induktivitäten) wesentlich verringern. Jedoch muss der aktive Schaltungsteil des hybriden Filters auf eine Leiterplatte implementiert werden. Diese Leiterplatte muss anschließend zuverlässig und kostengünstig mit der DC(+) und DC(-)-Stromschiene elektrische kontaktiert und mechanisch befestigt werden.

Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, einen Inverter zur Bestromung einer elektrischen Maschine, insbesondere einer elektrischen Maschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines vollelektrischen oder hybrid betriebenen Kraftfahrzeugs bereitzustellen, der auch besonders hohe EMV-Anforderungen bei kostengünstiger Herstellung sowie einfacher Montage erfüllen kann. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Inverters und eine optimierte elektrische Maschine zu realisieren.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Inverter zur Bestromung einer elektrischen Maschine, insbesondere einer elektrischen Maschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines vollelektrischen oder hybrid betriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend ein Invertergehäuse innerhalb dessen die Leistungselektronik des Inverters aufgenommen ist, einen elektrischen Eingang zur Kopplung mit einer elektrischen Gleichspannungsquelle, und einen elektrischen Ausgang zur Kopplung mit einem elektrischen Wechselspannungsverbraucher, wobei die Leistungselektronik konfiguriert ist, die am elektrischen Eingang anliegende Gleichspannung in eine am elektrischen Ausgang anliegende Wechselspannung zu transformieren, wobei der Inverter ferner einen passiven EMV-Filter und/oder einen aktiven EMV-Filter aufweist, wobei der aktive EMV-Filter auf einer flexiblen Leiterplatte angeordnet ist, welche auf einer laminierten Stromschiene fixiert ist

Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass ein aktiver und ein passiver EMV-Filter einen hybriden Filter ausbilden können.

Der aktive EMV-Filter ist insbesondere so konfiguriert, dass er Frequenzbereiche bis 2 MHz filtert, während der passive EMV-Filter zur Filterung von Frequenzbereichen höher als 2 MHz konfiguriert ist. Hierdurch kann insbesondere eine spürbare Reduktion der Größe, beispielsweise des Kernmaterials des passiven EMV-Filters realisiert werden, was wiederum unmittelbar zu einer Reduktion von Bauraum und Herstellkosten führt. Auch kann eine optimale Kühlung des aktiven sowie auch des passiven EMV-Filters über das Invertergehäuse bereitgestellt werden.

Schließlich ermöglich der Inverter auch eine deutliche Verringerung des Aufwandes bei der Montage, worauf später noch näher eingegangen wird.

Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.

Die Leistungselektronik des Inverters ist ein einem Invertergehäuse aufgenommen. Das Invertergehäuse kann bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere bevorzugt aus Aluminium, Grauguss oder Stahlguss, insbesondere mittels einem Urformverfahren wie Gießen oder Druckguss geformt sein. Besonders bevorzugt besitzt das Invertergehäuse eine topfartige Raumform. In diesem Zusammenhang ist es besonders zu bevorzugen, dass der Gehäusedeckel in das topfartige Invertergehäuse einsetzbar ist. Alternativ wäre es auch denkbar, dass der Gehäusedeckel auf dem topfartigen Invertergehäuse aufliegt und dessen Öffnung überdeckt.

Das Invertergehäuse kann auch Bestandteil des Motorgehäuses einer elektrischen Maschine sein oder umgekehrt. Dies bedeutet, dass das Invertergehäuse ganz oder teilweise einstückig, insbesondere monolithisch, mit dem Motorgehäuse ausgebildet ist.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Gehäusedeckel aus einem metallischen Material, insbesondere aus einem Stahl, geformt ist. Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass das Invertergehäuse aus einem metallischen Material geformt ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass eine besonders gute elektromagnetische Abschirmung der umliegenden Komponenten mit einem metallischen Invertergehäuse und/oder Gehäusedeckel bewirkt werden kann. Höchst bevorzugt ist der Gehäusedeckel aus deinem Blech geformt. Die in dem Invertergehäuse aufgenommene Leistungselektronik kann insbesondere für eine elektrische Maschine eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sein. Die Leistungselektronik ist bevorzugt ein Verbund verschiedener Komponenten, welche einen Strom an die elektrische Maschine des Achsantriebsstrang steuern oder regeln, bevorzugt inklusive hierzu benötigter peripherer Bauteile wie Kühlelemente oder Netzteile. Insbesondere enthält die Leistungselektronik ein oder mehrere Leistungselektronikbauteile, welche zur Steuerung oder Regelung eines Stroms eingerichtet sind. Dabei handelt es sich besonders bevorzugt um einen oder mehrere Leistungsschalter, z.B. Leistungstransistoren. Besonders bevorzugt weist die Leistungselektronik mehr als zwei, besonders bevorzugt drei voneinander getrennte Phasen bzw. Strompfade mit mindestens je einem eigenen Leistungselektronikbauteil auf. Die Leistungselektronik ist bevorzugt ausgelegt, pro Phase eine Leistung mit einer Spitzenleistung, bevorzugt Dauerleistung, von mindestens 10 W, bevorzugt mindestens 100 W besonders bevorzugt mindestens 1000 W zu steuern oder regeln.

Bevorzugt weist die Leistungselektronik zusätzlich eine Steuereinheit, beispielsweise in Form einer Steuerelektronik und/oder einer Sensorelektronik, für den elektrischen Achsantriebsstrang auf.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die laminierte Stromschiene unter Zwischenschaltung einer thermischen Kopplungsschicht thermisch an das Invertergehäuse angebunden ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass hierdurch eine besonders gute Kühlung des aktiven EMV-Filters realisierbar ist. Die thermische Kopplungsschicht weist hierzu eine möglichst gute Wärmeleitfähigkeit auf.

Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der passive EMV-Filter ein Magnetelement umfasst, dass die laminierte Stromschiene zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig umgreift. Es kann hierdurch erreicht werden, dass die Filterwirkung des entsprechenden passiven EMV-Filters besonders vorteilhaft ausgestaltet werden kann. Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Magnetelement stoffschlüssig mit dem Invertergehäuse verbunden ist, was sich aus Montagegesichtspunkten als besonders vorteilhaft erwiesen hat.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der passive EMV-Filter einen Kondensator umfasst.

Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass der Kondensator auf der flexiblen Leiterplatte angeordnet ist. Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass der Kondensator des passiven EMV-Filters auf montagefreundliche und fertigungstechnisch optimierte Weise auf der Leiterplatte angeordnet werden kann. Grundsätzlich wäre es natürlich auch denkbar, den Kondensator auf einer Stromschiene anzuordnen.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die flexible Leiterplatte stoffschlüssig an der laminierten Stromschiene fixiert ist. Hierdurch kann eine besonders gute, flächige Fixierung der Leiterplatte erzielt werden. Der Stoffschluss kann beispielsweise durch ein Verkleben oder durch ein Verschweißen, insbesondere Widerstandsschweißen, hergestellt werden.

Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Inverters zur Bestromung einer elektrischen Maschine, insbesondere einer elektrischen Maschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines vollelektrischen oder hybrid betriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend die folgenden Schritte:

• Bereitstellung eines Invertergehäuses innerhalb dessen die Leistungselektronik des Inverters aufgenommen ist,

Fixierung einer flexiblen Leiterplatte auf einer laminierten Stromschiene

Bestückung der flexiblen Leiterplatte mit einem aktiven EMV-Filter • Montage der laminierten Stromschiene mit dem an ihr fixiertem aktiven EMV- Filter in das Invertergehäuse

Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass ein Kondensator als ein Bauelement eines passiven EMV-Filters auf der flexiblen Leiterplatte angeordnet wird.

Schließlich kann die Aufgabe der Erfindung auch gelöst werden durch eine elektrische Maschine, insbesondere eine elektrische Maschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines vollelektrischen oder hybrid betriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend einen Inverter zur Bestromung der elektrischen Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche 1 -7.

Ein elektrisch betreibbarer Achsantriebsstrang umfasst eine elektrische Maschine und bevorzugt eine mit der elektrischen Maschine gekoppelte Getriebeanordnung. Die Getriebeanordnung und die elektrische Maschine bilden eine bauliche Einheit. Diese kann beispielsweise mittels eines Antriebsstranggehäuses gebildet sein, in welchem die Getriebeanordnung und die elektrische Maschine gemeinsam aufgenommen sind.

Ein Motorgehäuse kann die elektrische Maschine umhausen. Ein Motorgehäuse kann darüber hinaus auch die Steuer- und Leistungselektronik aufnehmen. Das Motorgehäuse kann darüber hinaus auch Bestandteil eines Kühlsystems für die elektrische Maschine und derart ausgebildet sein, dass Kühlfluid über das Motorgehäuse der elektrischen Maschine zugeführt werden und/oder die Wärme über die Gehäuseflächen nach außen abgeführt werden kann. Darüber hinaus schützt das Motorgehäuse die elektrische Maschine sowie die ggf. vorhandene Elektronik vor äußeren Einflüssen.

Ein Motorgehäuse kann insbesondere aus einem metallischen Material gebildet sein. Vorteilhafter Weise kann das Motorgehäuse aus einem metallischen Gussmaterial, wie zum Beispiel Aluminiumdruckguss, Magnesiumdruckguss, Grauguss oder Stahlguss geformt sein. Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/rnin, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/rnin, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/rnin bereitstellt.

Der elektrische Achsantriebsstrang ist mittels des Leistungselektronikmoduls betreibbar, bevorzugt, indem das Leistungselektronikmodul Strom in den elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang leitet, z.B. an eine Statorwicklung der elektrischen Maschine.

Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.

Es zeigt:

Figur 1 ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine in einer schematischen Blockschaltdarstellung,

Figur 2 ein Inverter zur Bestromung einer elektrischen Maschine in einer schematischen Blockschaltdarstellung,

Figur 3 ein Inverter in einer Längsschnittansicht, Figur 4 drei verschiedene Montagezustände eines passiven und aktiven EMV- Fi Iters in einem Inverter in jeweils einer Längsschnittansicht.

Die Figur 1 zeigt einen Inverter 1 zur Bestromung einer elektrischen Maschine 20 innerhalb eines Antriebsstrangs 3 eines vollelektrischen oder hybrid betriebenen Kraftfahrzeugs 4.

Wie man anhand der Figur 2 erkennen kann, umfasst der Inverter 1 ein Invertergehäuse 2 innerhalb dessen die Leistungselektronik 5 des Inverters 1 aufgenommen ist, einen elektrischen Eingang 6 zur Kopplung mit einer elektrischen Gleichspannungsquelle 7, und einen elektrischen Ausgang 8 zur Kopplung mit einem elektrischen Wechselspannungsverbraucher 9, wie beispielsweise die elektrische Maschine 20 in dem Antriebsstrang 3 des Kraftfahrzeugs 4. Zur Herstellung der jeweiligen elektrischen Anschlüsse können beispielsweise die in der Figur 1 angedeuteten Steckverbinder 19 verwendet werden.

Die Leistungselektronik 5 ist hierbei so konfiguriert, die am elektrischen Eingang 6 anliegende Gleichspannung in eine am elektrischen Ausgang 8 anliegende Wechselspannung zu transformieren. Zur Verbesserung des EMV-Verhaltens des Inverters 1 verfügt dieser über einen passiven EMV-Filter 10 und einen aktiven EMV-Fil- ter 11 . Der aktive EMV-Filter 11 ist auf einer flexiblen Leiterplatte 12 angeordnet, welche auf einer laminierten Stromschiene 13 fixiert ist, was sich gut anhand der Schnittdarstellung der Figur 3 nachvollziehen lässt.

Die laminierte Stromschiene 13 ist hierbei unter Zwischenschaltung einer thermischen Kopplungsschicht 14 thermisch an das Invertergehäuse 2 angebunden, so dass Wärme von der Stromschiene 13 gut in das Invertergehäuse 2 abgeleitet werden kann. Ferner ist die Stromschiene 13 von Laminatschichten 18 umgeben, die Stromschiene 13 gegenüber anderen Bauelementen elektrisch isoliert. In dem gezeigten Beispiel weist die Stromschiene 13 zwei parallel verlaufende elektrische Leiter 17 auf. Es ist auch möglich, dass anstelle der zwei elektrischen Leiter 17 einer Stromschiene 13, zwei verschiedene Stromschienen 13 zwischen den Laminatschichten 18 angeordnet sind. Der passive EMV-Filter 10 umfasst ein ringförmiges Magnetelement 15, dass die laminierte Stromschiene 13 in Längserstreckung zumindest abschnittsweise, jedoch in Umfangsrichtung vollständig umgreift. Das Magnetelement 15 ist stoffschlüssig, beispielsweise über einen Klebstoff, mit dem Invertergehäuse 2 verbunden. Der passive EMV-Filter 10 weist des Weiteren einen Kondensator 16 auf, der auf der flexiblen Leiterplatte 12 angeordnet ist. Die flexible Leiterplatte 12 ist ihrerseits stoffschlüssig an der laminierten Stromschiene 13 fixiert.

Ein mögliches Verfahren zur Herstellung eines Inverters 1 zur Bestromung einer elektrischen Maschine 20, wie er aus den Figuren 1-3 bekannt ist, wird nachfolgend anhand der Darstellungen in der Figur 4 näher erläutert.

Zunächst erfolgt die Bereitstellung eines Invertergehäuses 2 innerhalb dessen die Leistungselektronik 5 des Inverters 1 aufgenommen ist. Dann wird eine Fixierung einer flexiblen Leiterplatte 12 auf einer laminierten Stromschiene 13 durchgeführt, was in der oberen Abbildung der Figur 4 gezeigt ist. Hiernach erfolgt die Bestückung der flexiblen Leiterplatte 12 mit einem aktiven EMV-Filter 11 , so dass sich der in der mittleren Abbildung der Figur 4 gezeigte Montagezustand ergibt. Zusätzlich wird in der gezeigten Ausführungsform auch ein Kondensator 16 als ein Bauelement eines passiven EMV-Filters 10 auf der flexiblen Leiterplatte 12 angeordnet. Dann wird die Montage der laminierten Stromschiene 13 mit dem an ihr fixiertem aktiven EMV-Filter 11 in das Invertergehäuse 2 durchgeführt, was in der unteren Abbildung der Figur 4 gezeigt ist. Hierbei wurde zunächst das ringförmige Magnetelement 15 in das Invertergehäuse 2 eingesetzt und fixiert und dann nachfolgend die bestückte Stromschiene 13 durch das ringförmige Magnetelement 15 geführt.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung 'erste' und 'zweite' Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen. Bezuqszeichenliste

1 Inverter

2 Invertergehäuse

3 Antriebsstrang

4 Kraftfahrzeug

5 Leistungselektronik

6 Eingang

7 Gleichspannungsquelle

8 Ausgang

9 Wechselspannungsverbraucher

10 passiver EMV-Filter

11 aktiver EMV-Filter

12 flexible Leiterplatte

13 laminierte Stromschiene

14 thermische Kopplungsschicht

15 Magnetelement

16 Kondensator

17 elektrischer Leiter

18 Laminatschicht

19 Steckverbinder

20 elektrische Maschine