WO2022243203A1 - Electric drive arrangement for a motor vehicle - Google Patents

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WO2022243203A1
WO2022243203A1 PCT/EP2022/063080 EP2022063080W WO2022243203A1 WO 2022243203 A1 WO2022243203 A1 WO 2022243203A1 EP 2022063080 W EP2022063080 W EP 2022063080W WO 2022243203 A1 WO2022243203 A1 WO 2022243203A1
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switching arrangement
electrical machine
arrangement
electrical
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Markus Kratzer
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Magna powertrain gmbh & co kg
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    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
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    • B60L2220/00—Electrical machine types; Structures or applications thereof

Definitions

  • the present invention relates to an electric drive arrangement for a motor vehicle comprising a DC voltage source, a voltage converter with a switching arrangement and an electrical machine, the DC voltage source being connected or connectable to a DC voltage input of the switching arrangement via at least two DC voltage lines and a polyphase AC voltage output of the switching arrangement via the number of phases of the AC voltage output, a corresponding number of AC voltage lines are connected or can be connected to the electrical machine.
  • a DC voltage source is connected in a power electronic circuit via DC voltage lines to a voltage converter, namely a DC voltage side of a voltage converter.
  • the voltage converter has different components or electrical components such as EMC (“Electromagnetic Compatibility”) filters, intermediate circuit capacitors, a switching arrangement with at least two semiconductor switches, etc.
  • EMC Electromagnetic Compatibility
  • the voltage converter more precisely the AC voltage output of the voltage converter, is connected to an electrical machine via AC voltage lines.
  • parasitic capacitances are capacitances that are not required for operation and are caused, for example, by the wire routing in an electrical machine in its stator slot, by parallel conductor routing in Cables and lines as well as printed circuit boards.
  • parasitic capacitances generate so-called leakage currents or “common mode” currents when the semiconductor switches of the switching arrangement of the voltage converter switch with high voltage-time changes (high dU/dt).
  • the dominant parasitic capacitance is in the electrical machine, which is why the largest amplitudes of the leakage currents also occur here.
  • These leakage currents are usually fed back to the switching arrangement and thus to the semiconductor switches via the system housing and subsequently via operational capacitances, such as Y-capacitors, and the leakage current circuit is thus closed.
  • the electric drive arrangement according to the invention is used in particular for use in a motor vehicle, but can also be used in any other technical area are used.
  • the electrical drive arrangement comprises a DC voltage source, a voltage converter with a switching arrangement and an electrical machine.
  • the DC voltage source can be a (secondary) battery, for example.
  • any other known DC voltage sources are possible as a DC voltage source.
  • the DC voltage source is or can be connected to a DC voltage input of the switching arrangement via at least two DC voltage lines.
  • the switching arrangement has at least two semiconductor switches.
  • a multi-phase AC voltage output of the switching arrangement is connected or can be connected to the electrical machine via a number of AC voltage lines corresponding to the number of phases of the AC voltage output.
  • the electrical machine represents an electrical consumer of the electrical drive arrangement.
  • the electrical machine can be operated both as an electric motor and as a generator.
  • the DC voltage lines are designed and routed through the voltage converter to the electrical machine in such a way that they are electrically coupled to at least one Y capacitor in each case in the region of the electrical machine.
  • the electric machine has a rotor, a stator and a housing, the Y-capacitors being electrically coupled to the stator of the electrical machine and/or the housing of the electrical machine.
  • the housing can be a housing that at least partially encloses only the electrical machine, or a housing that at least partially encloses the electrical machine and at least one additional component of the electrical drive arrangement (system housing).
  • a housing can also be provided that at least partially encloses the electrical machine and a further housing that at least partially encloses at least one further component of the electrical drive arrangement.
  • These two Ge housing can be connected.
  • a housing of the electrical machine can be integrated into a housing that at least partially encloses at least one further component of the electrical drive arrangement.
  • the DC voltage lines are routed between the AC voltage output of the switching arrangement and the electrical machine in such a way that the AC voltage lines lie between the two essentially parallel DC voltage lines. In this way, the AC voltage lines can be shielded in a simple manner without having to provide additional structural components for this purpose.
  • a housing of the electrical machine is designed and routed through the voltage converter to the switching arrangement in such a way that it is electrically coupled to at least one Y-capacitor in the area of the switching arrangement.
  • the voltage converter preferably has an intermediate circuit capacitor sator on, wherein the intermediate circuit capacitor is electrically coupled to the DC voltage input of the switching arrangement.
  • the intermediate circuit capacitor acts as an energy buffer or is used for voltage smoothing.
  • the voltage converter has an EMC filter both in the first variant and in the second variant of the present invention, with the EMC filter being connected between the DC voltage source and the intermediate circuit capacitor.
  • the EMC filter suppresses electrical interference on the DC voltage lines to an acceptable level.
  • the filter usually consists of Y-capacitors, X-capacitors, damping resistors and magnetic components such as ferrites, with the Y-capacitors being arranged separately from the EMC filter in the course of the present invention.
  • the design of the electrical drive arrangement according to the invention allows the interference currents to be returned in a targeted manner via the DC voltage line from the electrical machine to the switching arrangement, with the leakage currents via the housing being reduced to a minimum.
  • This targeted feedback in geometric proximity to the AC voltage lines creates an interference current path with the lowest possible impedance and a defined “common mode” current path.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment according to a first variant of an electric drive arrangement according to the invention.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a first embodiment tion example according to a second variant of an inventions to the invention electric drive assembly.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a second exemplary embodiment according to a second variant of an electric drive arrangement according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment according to a first variant of an electric drive arrangement 1 .
  • the electrical drive arrangement 1 comprises a system housing 8a, a direct voltage source 2, a voltage converter 3 with an EMC filter 10, an intermediate circuit capacitor 9 and a switching arrangement 4 as well as an electrical machine 5.
  • the direct voltage source 2 is connected via two direct voltage lines DC+, DC- to a two-phase DC voltage input of the switching arrangement 4 connected.
  • a three-phase AC voltage output of the switching arrangement 4 can be connected to the electrical machine 5 via three AC voltage lines ACu, ACv, ACw.
  • the intermediate circuit capacitor 9 is electrically coupled to the direct voltage input of the switching arrangement 4 .
  • the EMC filter 10 is connected between the DC voltage source 2 and the intermediate circuit capacitor 9 .
  • an EMC filter on the output side namely on the AC voltage output side, can also be implemented in the form of a “common mode choke” (not shown).
  • the DC power source 2 is a secondary battery.
  • the voltage converter 3 is a DC/AC converter (DC/AC converter).
  • the switching arrangement 4 includes a full bridge circuit with three bridge branches 11a, 11b, 11c. Such a However, the embodiment with three bridge arms is merely an exemplary embodiment—full-bridge circuits with, for example, two, four, five or six or any other number of bridge arms are also conceivable.
  • Each bridge branch 11a, 11b, 11c has two semiconductor switches, namely a first semiconductor switch 12a, 12b, 12c and a second semiconductor switch 13a, 13b, 13c.
  • the first semiconductor switch 12a, 12b, 12c is in each case the upper semiconductor switch of the respective bridge arm 11a, 11b, 11c, also referred to as “high-side” switch.
  • the second semiconductor switch 13a At the second semiconductor switch 13a,
  • the semiconductor switches are, for example, bipolar transistors with an insulated “gate” connection (IGBTs), metal oxide field effect transistors (MOSFETs), silicon carbide transistors (SiC), gallium nitride transistors (GaN) or other known semiconductor switches.
  • IGBTs insulated "gate" connection
  • MOSFETs metal oxide field effect transistors
  • SiC silicon carbide transistors
  • GaN gallium nitride transistors
  • All bridge branches 11a, 11b, 11c are electrically connected at one connection to a connection of the intermediate circuit capacitor 9.
  • the other connections of the bridge branches 11a, 11b, 11c are electrically connected to a further connection of the intermediate circuit capacitor 9.
  • Respective nodes 14a, 14b, 14c of the bridge branches can each be electrically connected to a phase connection of the electrical machine 5 via an AC voltage line ACu, ACv, ACw.
  • the semiconductor switches 12a, 12b, 12c, 13a, 13b, 13c of the switching arrangement 4 are controlled via a control unit.
  • the two DC voltage lines DC+, DC- are designed and routed through the voltage converter 3 to the electrical machine 5 in such a way that they are each electrically coupled in the area of the electrical machine 5 with a Y-capacitor 7a, 7b.
  • the Y-capacitors 7a, 7b are either directly on a laminated core of the stator of the electrical machine 5 or with a Ge housing 8b of the electrical machine 5, which is electrically conductively connected to the laminated core of the stator, ie the Y-capacitors 7a,
  • the housing 8b of the electrical machine 5 is integrated into the system housing 8a.
  • the DC voltage lines DC+, DC- are routed between the AC voltage output of the switching arrangement 4 and the electrical machine 5 in such a way that the AC voltage lines ACu, ACv, ACw lie between the two essentially parallel DC voltage lines DC+, DC-.
  • the electrical drive arrangement 1 can be operated in such a way that the voltage converter 3 is fed by the DC voltage source 2 and the switching arrangement 4 of the voltage converter 3 is connected at the nodes 14a, 14b, 14c to the electric machine 5 as an electric consumer.
  • electrical energy that is provided by the electrical machine 5 in generator operation can also be converted into a DC voltage by the switching arrangement 4 of the voltage converter 3 .
  • This DC voltage can then be fed into the DC voltage source 2 who the. If the DC voltage source 2 is formed, for example, as a secondary battery, it can be charged in this way.
  • FIG. 2 and Fig. 3 is a schematic representation of an embodiment example according to a second variant of an electric drive assembly 1 is shown.
  • the electrical drive arrangement 1 comprises a system housing 8a, a direct voltage source 2, a voltage converter 3 with an EMC filter 10, an intermediate circuit capacitor 9 and a switching arrangement 4 as well as an electrical machine 5.
  • the direct voltage source 2 is connected via two direct voltage lines DC+, DC- with a two-phase DC voltage input of the switching arrangement 4 connected.
  • a three-phase AC voltage output of the switching arrangement 4 can be connected to the electrical machine 5 via three AC voltage lines ACu, ACv, ACw.
  • the intermediate circuit capacitor 9 is electrically coupled to the direct voltage input of the switching arrangement 4 .
  • the EMC filter 10 is connected between the DC voltage source 2 and the intermediate circuit capacitor 9 .
  • an EMC filter on the output side namely on the AC voltage output side, can also be implemented in the form of a “common mode choke” (not shown).
  • the DC power source 2 is a secondary battery.
  • the voltage converter 3 is a DC/AC converter (DC/AC converter).
  • the switching arrangement 4 includes a full bridge circuit with three bridge arms 11a, 11b, 11c.
  • full-bridge circuits with, for example, two, four, five or six or any other number of bridge arms are also conceivable.
  • Each bridge arm 11a, 11b, 11c has two semiconductor switches, namely a first semiconductor switch 12a, 12b, 12c and a second semiconductor switch 13a, 13b, 13c.
  • the first semiconductor switch 12a, 12b, 12c is in each case around the upper semiconductor switch of the respective bridge arm 11a, 11b, 11c, also called “high-side” switch.
  • the second semiconductor switch 13a At the second semiconductor switch 13a,
  • the semiconductor switches are, for example, bipolar transistors with an insulated “gate” connection (IGBTs), metal oxide field effect transistors (MOSFETs), silicon carbide transistors (SiC), gallium nitride transistors (GaN) or other known semiconductor switches.
  • IGBTs insulated "gate" connection
  • MOSFETs metal oxide field effect transistors
  • SiC silicon carbide transistors
  • GaN gallium nitride transistors
  • All bridge branches 11a, 11b, 11c are electrically connected at one connection to a connection of the intermediate circuit capacitor 9.
  • the other connections of the bridge branches 11a, 11b, 11c are electrically connected to a further connection of the intermediate circuit capacitor 9.
  • Respective nodes 14a, 14b, 14c of the bridge branches can each be electrically connected to a phase connection of the electrical machine 5 via an AC voltage line ACu, ACv, ACw.
  • the semiconductor switches 12a, 12b, 12c, 13a, 13b, 13c of the switching arrangement 4 are controlled via a control unit.
  • the electrical machine 5 has a housing 8b which is integrated into the system housing 8a.
  • the housing 8b is designed in such a way and guided through the voltage converter 3 to the switching arrangement 4 that it is electrically coupled in the area of the switching arrangement 4 to two Y-capacitors 7a, 7b.
  • the Y-capacitors 7a, 7b are arranged according to a first exemplary embodiment according to the second variant of the electrical drive arrangement 1 on the DC voltage side of the switching arrangement 4 and according to a second exemplary embodiment according to the second variant of the electrical drive arrangement 1 on the AC voltage side of the switching arrangement 4
  • the housing 8b is guided between the AC voltage output of the switching arrangement 4 and the electrical machine 5 in such a way that it axially encloses the AC voltage lines ACu, ACv, ACw.
  • the housing 8b between the electric machine 5 and the voltage converter 3 or the switching arrangement 4 of the voltage converter 3 is designed geometrically in such a way that it is connected close to the stator of the electric machine 5 .
  • the electrical drive arrangement 1 can be operated in such a way that the voltage converter 3 is fed by the DC voltage source 2 and the switching arrangement 4 of the voltage converter 3 is connected at the nodes 14a-14c to the electric machine 5 as an electric consumer.
  • electrical energy which is provided by the electrical machine 5 in generator operation, can also be converted into a DC voltage by the switching arrangement 4 of the voltage converter 3. This DC voltage can then be fed into the DC voltage source 2. If the DC voltage source 2 is designed as a secondary battery, for example, it can be charged in this way.

Abstract

Electric drive arrangement (1) for a motor vehicle, comprising a DC voltage source (2), a voltage converter (3) with a switching arrangement (4) and an electric machine (5), wherein the DC voltage source (2) is connected or can be connected to a DC voltage input of the switching arrangement (4) via at least two DC voltage lines (DC+, DC-), and wherein a multiphase AC voltage output of the switching arrangement (4) is connected or can be connected to the electric machine (5) via a number of AC voltage lines (ACU, ACV, ACW) that corresponds to the number of phases of the AC voltage output.

Description

Elektrische Antriebsanordnunq für ein Kraftfahrzeug Electrical drive arrangement for a motor vehicle
Gebiet der Erfindung field of invention
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsanordnung für ein Kraft fahrzeug umfassend eine Gleichspannungsquelle, einen Spannungsumrichter mit einer Schaltanordnung und eine elektrische Maschine, wobei die Gleichspan nungsquelle über zumindest zwei Gleichspannungsleitungen mit einem Gleich spannungseingang der Schaltanordnung verbunden oder verbindbar ist und wobei ein mehrphasiger Wechselspannungsausgang der Schaltanordnung über der Anzahl an Phasen des Wechselspannungsausgangs entsprechend viele Wech selspannungsleitungen mit der elektrischen Maschine verbunden oder verbindbar ist. The present invention relates to an electric drive arrangement for a motor vehicle comprising a DC voltage source, a voltage converter with a switching arrangement and an electrical machine, the DC voltage source being connected or connectable to a DC voltage input of the switching arrangement via at least two DC voltage lines and a polyphase AC voltage output of the switching arrangement via the number of phases of the AC voltage output, a corresponding number of AC voltage lines are connected or can be connected to the electrical machine.
Stand der Technik State of the art
Bei elektrischen Antriebsanordnungen der oben genannten Art ist in einer leis tungselektronischen Schaltung eine Gleichspannungsquelle über Gleichspan nungsleitungen mit einem Spannungsumrichter, nämlich einer Gleichspannungs seite eines Spannungsumrichters, verbunden. Der Spannungsumrichter weist unterschiedliche Bauelemente bzw. elektrische Komponenten wie beispielsweise EMV („Elektromagnetische Verträglichkeit“)-Filter, Zwischenkreiskondensatoren, eine Schaltanordnung mit zumindest zwei Halbleiterschaltern etc., auf. Über Wechselspannungsleitungen ist der Spannungsumrichter, genauer der Wechsel spannungsausgang des Spannungsumrichters, mit einer elektrischen Maschine verbunden. In electrical drive arrangements of the type mentioned above, a DC voltage source is connected in a power electronic circuit via DC voltage lines to a voltage converter, namely a DC voltage side of a voltage converter. The voltage converter has different components or electrical components such as EMC (“Electromagnetic Compatibility”) filters, intermediate circuit capacitors, a switching arrangement with at least two semiconductor switches, etc. The voltage converter, more precisely the AC voltage output of the voltage converter, is connected to an electrical machine via AC voltage lines.
Bei einem Aufbau einer elektrischen Antriebsanordnung wie oben beschrieben treten in der Regel parasitäre Kapazitäten auf. Parasitäre Kapazitäten sind für den Betrieb nicht benötigte Kapazitäten, die zum Beispiel durch die Drahtführung in einer elektrischen Maschine in deren Stator-Nut, durch parallele Leiterführung in Kabeln und Leitungen sowie auf Leiterplatten entstehen. Diese parasitären Kapa zitäten erzeugen bei Schaltvorgängen der Halbleiterschalter der Schaltanordnung des Spannungsumrichters mit hohen Spannungs-Zeit-Veränderungen (hohes dU/dt) sogenannte Ableitströme bzw. „Common-Mode“-Ströme. Die dominante parasitäre Kapazität liegt in der elektrischen Maschine, daher treten auch hier die größten Amplituden der Ableitströme auf. Diese Ableitströme werden in der Regel über das Systemgehäuse und in weiterer Folge über betriebsbedingte Kapazitä ten, wie zum Beispiel Y-Kondensatoren zu der Schaltanordnung und somit zu den Halbleiterschaltern zurückgeführt und somit der Ableitstromkreis geschlossen. When an electric drive arrangement is constructed as described above, parasitic capacitances generally occur. Parasitic capacitances are capacitances that are not required for operation and are caused, for example, by the wire routing in an electrical machine in its stator slot, by parallel conductor routing in Cables and lines as well as printed circuit boards. These parasitic capacitances generate so-called leakage currents or “common mode” currents when the semiconductor switches of the switching arrangement of the voltage converter switch with high voltage-time changes (high dU/dt). The dominant parasitic capacitance is in the electrical machine, which is why the largest amplitudes of the leakage currents also occur here. These leakage currents are usually fed back to the switching arrangement and thus to the semiconductor switches via the system housing and subsequently via operational capacitances, such as Y-capacitors, and the leakage current circuit is thus closed.
Bei derartig auftretenden „Common-Mode“-Strömen bzw. Ableitströmen besteht das Problem und die Gefahr einer ohmschen Verkoppelung zwischen Leistungsteil und Signalteil eines Spannungsumrichters, vor allem, da die Ableitströme über einen Undefinierten Pfad über das Gehäuse fließen. Des Weiteren besteht durch die hohen Spannungs-Zeit-Veränderungen an den Wechselspannungsausgängen die Gefahr einer elektromagnetischen Verkoppelung zwischen Leistungsteil und Signalteil. With such "common mode" currents or leakage currents, there is the problem and the risk of ohmic coupling between the power section and the signal section of a voltage converter, especially since the leakage currents flow via an undefined path through the housing. Furthermore, due to the high voltage-time changes at the AC voltage outputs, there is a risk of electromagnetic coupling between the power section and the signal section.
Zusammenfassung der Erfindung Summary of the Invention
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine elektrische Antriebsanordnung mit einer gezielten Führung der „Common-Mode“-Ströme von einer elektrischen Maschine zu einem Spannungsumrichter darzustellen. It is an object of the invention to present an electrical drive arrangement with targeted routing of the "common mode" currents from an electrical machine to a voltage converter.
Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und 4 gedeckt werden. Vorteilhafte Ausfüh rungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. This need can be met by the subject matter of the present invention according to independent claims 1 and 4. Advantageous embodiments of the present invention are described in the dependent claims.
Die erfindungsgemäße elektrische Antriebsanordnung dient insbesondere dem Einsatz in einem Kraftfahrzeug, kann jedoch auch in jedem anderen technischen Gebiet eingesetzt werden. The electric drive arrangement according to the invention is used in particular for use in a motor vehicle, but can also be used in any other technical area are used.
Erfindungsgemäß umfasst die elektrische Antriebsanordnung eine Gleichspan nungsquelle, einen Spannungsumrichter mit einer Schaltanordnung und eine elektrische Maschine. According to the invention, the electrical drive arrangement comprises a DC voltage source, a voltage converter with a switching arrangement and an electrical machine.
Bei der Gleichspannungsquelle kann es sich beispielsweise um eine (Sekundär-) Batterie handeln. Darüber hinaus sind jedoch als Gleichspannungsquelle beliebige weitere bekannte Gleichspannungsquellen möglich. The DC voltage source can be a (secondary) battery, for example. In addition, however, any other known DC voltage sources are possible as a DC voltage source.
Die Gleichspannungsquelle ist entsprechend der vorliegenden Erfindung über zumindest zwei Gleichspannungsleitungen mit einem Gleichspannungseingang der Schaltanordnung verbunden oder verbindbar. According to the present invention, the DC voltage source is or can be connected to a DC voltage input of the switching arrangement via at least two DC voltage lines.
Die Schaltanordnung weist zumindest zwei Halbleiterschalter auf. The switching arrangement has at least two semiconductor switches.
Weiterhin erfindungsgemäß ist ein mehrphasiger Wechselspannungsausgang der Schaltanordnung über der Anzahl an Phasen des Wechselspannungsausgangs entsprechend viele Wechselspannungsleitungen mit der elektrischen Maschine verbunden oder verbindbar. Die elektrische Maschine stellt einen elektrischen Verbraucher der elektrischen Antriebsanordnung dar. Die elektrische Maschine kann sowohl elektromotorisch wie auch generatorisch betrieben werden. Furthermore, according to the invention, a multi-phase AC voltage output of the switching arrangement is connected or can be connected to the electrical machine via a number of AC voltage lines corresponding to the number of phases of the AC voltage output. The electrical machine represents an electrical consumer of the electrical drive arrangement. The electrical machine can be operated both as an electric motor and as a generator.
Entsprechend einer ersten Variante der vorliegenden Erfindung sind die Gleich spannungsleitungen derart ausgebildet und durch den Spannungsumrichter bis hin zur elektrischen Maschine geführt, dass sie im Bereich der elektrischen Maschine mit jeweils zumindest einem Y-Kondensator elektrisch gekoppelt sind. According to a first variant of the present invention, the DC voltage lines are designed and routed through the voltage converter to the electrical machine in such a way that they are electrically coupled to at least one Y capacitor in each case in the region of the electrical machine.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der ersten Variante der vorlie genden Erfindung weist die elektrische Maschine einen Rotor, einen Stator und ein Gehäuse auf, wobei die Y-Kondensatoren mit dem Stator der elektrischen Maschine und/oder dem Gehäuse der elektrischen Maschine elektrisch gekoppelt sind. In a particularly preferred embodiment of the first variant of the present invention vorlie, the electric machine has a rotor, a stator and a housing, the Y-capacitors being electrically coupled to the stator of the electrical machine and/or the housing of the electrical machine.
Bei dem Gehäuse kann es sich um ein Gehäuse handeln, dass lediglich die elekt rische Maschine zumindest teilweise einfasst, oder auch um ein Gehäuse, das die elektrische Maschine und zumindest eine weitere Komponente der elektrischen Antriebsanordnung zumindest teilweise einfasst (Systemgehäuse). Es kann auch ein Gehäuse vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine zumindest teilweise einfasst und ein weiteres Gehäuse, das zumindest eine weitere Komponente der elektrischen Antriebsanordnung zumindest teilweise einfasst. Diese beiden Ge häuse können miteinander verbunden sein. Weiterhin kann ein Gehäuse der elektrischen Maschine in ein Gehäuse, das zumindest eine weitere Komponente der elektrischen Antriebsanordnung zumindest teilweise einfasst, integriert sein. The housing can be a housing that at least partially encloses only the electrical machine, or a housing that at least partially encloses the electrical machine and at least one additional component of the electrical drive arrangement (system housing). A housing can also be provided that at least partially encloses the electrical machine and a further housing that at least partially encloses at least one further component of the electrical drive arrangement. These two Ge housing can be connected. Furthermore, a housing of the electrical machine can be integrated into a housing that at least partially encloses at least one further component of the electrical drive arrangement.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der ersten Variante der vorliegenden Erfindung sind die Gleichspannungsleitungen zwischen dem Wech selspannungsausgang der Schaltanordnung und der elektrischen Maschine derart geführt, dass die Wechselspannungsleitungen zwischen den beiden im Wesentli chen parallel geführten Gleichspannungsleitungen liegen. Derart können die Wechselspannungsleitungen auf einfache Art und Weise abgeschirmt werden, ohne dafür zusätzliche bauliche Komponenten vorsehen zu müssen. In a further particularly preferred embodiment of the first variant of the present invention, the DC voltage lines are routed between the AC voltage output of the switching arrangement and the electrical machine in such a way that the AC voltage lines lie between the two essentially parallel DC voltage lines. In this way, the AC voltage lines can be shielded in a simple manner without having to provide additional structural components for this purpose.
Entsprechend einer zweiten Variante der vorliegenden Erfindung ist ein Gehäuse der elektrischen Maschine derart ausgebildet und durch den Spannungsumrichter bis hin zur Schaltanordnung geführt, dass es im Bereich der Schaltanordnung mit zumindest einem Y-Kondensator elektrisch gekoppelt ist. According to a second variant of the present invention, a housing of the electrical machine is designed and routed through the voltage converter to the switching arrangement in such a way that it is electrically coupled to at least one Y-capacitor in the area of the switching arrangement.
Bevorzugt weist sowohl in der ersten Variante wie auch in der zweiten Variante der vorliegenden Erfindung der Spannungsumrichter einen Zwischenkreiskonden- sator auf, wobei der Zwischenkreiskondensator mit dem Gleichspannungseingang der Schaltanordnung elektrisch gekoppelt ist. Der Zwischenkreiskondensator wirkt als Energiepuffer bzw. dient der Spannungsglättung. Both in the first variant and in the second variant of the present invention, the voltage converter preferably has an intermediate circuit capacitor sator on, wherein the intermediate circuit capacitor is electrically coupled to the DC voltage input of the switching arrangement. The intermediate circuit capacitor acts as an energy buffer or is used for voltage smoothing.
Weiterhin weist der Spannungsumrichter sowohl in der ersten Variante wie auch in der zweiten Variante der vorliegenden Erfindung einen EMV-Filter auf, wobei der EMV-Filter zwischen die Gleichspannungsquelle und den Zwischenkreiskondensa tor geschaltet ist. Der EMV-Filter unterdrückt elektrische Störungen an den Gleichspannungsleitungen auf ein zulässiges Maß. Der Filter besteht für gewöhn lich aus Y-Kondensatoren, X-Kondensatoren, Dämpfungswiderständen und mag netischen Komponenten, wie z.B. Ferriten, wobei im Zuge der vorliegenden Erfin dung die Y-Kondensatoren örtlich getrennt vom EMV-Filter angeordnet sind. Furthermore, the voltage converter has an EMC filter both in the first variant and in the second variant of the present invention, with the EMC filter being connected between the DC voltage source and the intermediate circuit capacitor. The EMC filter suppresses electrical interference on the DC voltage lines to an acceptable level. The filter usually consists of Y-capacitors, X-capacitors, damping resistors and magnetic components such as ferrites, with the Y-capacitors being arranged separately from the EMC filter in the course of the present invention.
Die erfindungsgemäße Ausbildung der elektrischen Antriebsanordnung erlaubt eine gezielte Rückführung der Störströme über die Gleichspannungsleitung von der elektrischen Maschine zu der Schaltanordnung, wobei die Ableitströme über das Gehäuse auf ein Minimum reduziert werden. Durch diese gezielte Rückfüh rung in geometrischer Nähe zu den Wechselspannungsleitungen wird ein Störs trompfad mit möglichst geringer Impedanz und einem definiertem „Common- Mode“-Strompfad realisiert. The design of the electrical drive arrangement according to the invention allows the interference currents to be returned in a targeted manner via the DC voltage line from the electrical machine to the switching arrangement, with the leakage currents via the housing being reduced to a minimum. This targeted feedback in geometric proximity to the AC voltage lines creates an interference current path with the lowest possible impedance and a defined “common mode” current path.
Kurzbeschreibunq der Zeichnungen Brief description of the drawings
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeich nungen beschrieben. The invention is described below by way of example with reference to the drawings.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausfüh rungsbeispiels gemäß einer ersten Variante einer erfin dungsgemäßen elektrischen Antriebsanordnung. Fig. 1 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment according to a first variant of an electric drive arrangement according to the invention.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausfüh- rungsbeispiels gemäß einer zweiten Variante einer erfin dungsgemäßen elektrischen Antriebsanordnung. Fig. 2 shows a schematic representation of a first embodiment tion example according to a second variant of an inventions to the invention electric drive assembly.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausfüh rungsbeispiels gemäß einer zweiten Variante einer erfin dungsgemäßen elektrischen Antriebsanordnung. FIG. 3 shows a schematic representation of a second exemplary embodiment according to a second variant of an electric drive arrangement according to the invention.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung Detailed description of the invention
In Fig.1 ist eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels gemäß einer ersten Variante einer elektrischen Antriebsanordnung 1 dargestellt. 1 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment according to a first variant of an electric drive arrangement 1 .
Die elektrische Antriebsanordnung 1 umfasst ein Systemgehäuse 8a, eine Gleich spannungsquelle 2, einen Spannungsumrichter 3 mit einem EMV-Filter 10, einem Zwischenkreiskondensator 9 und einer Schaltanordnung 4 sowie eine elektrische Maschine 5. Die Gleichspannungsquelle 2 ist über zwei Gleichspannungsleitungen DC+, DC- mit einem zweiphasigen Gleichspannungseingang der Schaltanordnung 4 verbunden. Ein dreiphasiger Wechselspannungsausgang der Schaltanordnung 4 ist über drei Wechselspannungsleitungen ACu, ACv, ACw mit der elektrischen Maschine 5 verbindbar. Der Zwischenkreiskondensator 9 ist mit dem Gleichspan nungseingang der Schaltanordnung 4 elektrisch gekoppelt. Der EMV-Filter 10 ist zwischen die Gleichspannungsquelle 2 und den Zwischenkreiskondensator 9 geschaltet. Weiters kann auch ein ausgangsseitiger, nämlich wechselspannungs ausgangsseitiger, EMV-Filter in Form einer „Common-Mode-Choke“ implementiert werden (nicht dargestellt). The electrical drive arrangement 1 comprises a system housing 8a, a direct voltage source 2, a voltage converter 3 with an EMC filter 10, an intermediate circuit capacitor 9 and a switching arrangement 4 as well as an electrical machine 5. The direct voltage source 2 is connected via two direct voltage lines DC+, DC- to a two-phase DC voltage input of the switching arrangement 4 connected. A three-phase AC voltage output of the switching arrangement 4 can be connected to the electrical machine 5 via three AC voltage lines ACu, ACv, ACw. The intermediate circuit capacitor 9 is electrically coupled to the direct voltage input of the switching arrangement 4 . The EMC filter 10 is connected between the DC voltage source 2 and the intermediate circuit capacitor 9 . Furthermore, an EMC filter on the output side, namely on the AC voltage output side, can also be implemented in the form of a “common mode choke” (not shown).
Bei der Gleichspannungsquelle 2 handelt es sich um eine Sekundärbatterie. The DC power source 2 is a secondary battery.
Bei dem Spannungsumrichter 3 handelt es sich um einen Gleichspannungs- Wechselspannungs-Umrichter (DC/AC-Umrichter). Die Schaltanordnung 4umfasst eine Vollbrückenschaltung mit drei Brückenzweigen 11a, 11b, 11c. Eine derartige Ausführung mit drei Brückenzweigen stellt jedoch lediglich eine beispielhafte Aus führungsform dar - es sind auch Vollbrückenschaltungen mit beispielsweise zwei, vier, fünf oder sechs oder einer beliebigen anderen Anzahl an Brückenzweigen denkbar. The voltage converter 3 is a DC/AC converter (DC/AC converter). The switching arrangement 4 includes a full bridge circuit with three bridge branches 11a, 11b, 11c. Such a However, the embodiment with three bridge arms is merely an exemplary embodiment—full-bridge circuits with, for example, two, four, five or six or any other number of bridge arms are also conceivable.
Jeder Brückenzweig 11a, 11b, 11c weist zwei Halbleiterschalter, nämlich einen ersten Halbleiterschalter 12a, 12b, 12c und einen zweiten Halbleiterschalter 13a, 13b, 13c, auf. Bei dem ersten Halbleiterschalter 12a, 12b, 12c handelt es sich jeweils um den oberen Halbleiterschalter des jeweiligen Brückenzweigs 11a, 11b, 11c, auch „High-Side“-Schalter genannt. Bei dem zweiten Halbleiterschalter 13a,Each bridge branch 11a, 11b, 11c has two semiconductor switches, namely a first semiconductor switch 12a, 12b, 12c and a second semiconductor switch 13a, 13b, 13c. The first semiconductor switch 12a, 12b, 12c is in each case the upper semiconductor switch of the respective bridge arm 11a, 11b, 11c, also referred to as “high-side” switch. At the second semiconductor switch 13a,
13b, 13c handelt es sich jeweils um den unteren Halbleiterschalter des jeweiligen Brückenzweigs 11a, 11b, 11c, auch „Low-Side“-Schalter genannt. Bei den Halb leiterschaltern handelt es sich beispielsweise um bipolare Transistoren mit einem isolierten „Gate“ -Anschluss (IGBTs), Metalloxid-Feldeffekttransistoren (MOS- FETs), Siliziumkarbidtransistoren (SiC), Galliumnitridtransistoren (GaN) oder an dere bekannte Halbleiterschalter. 13b, 13c is in each case the lower semiconductor switch of the respective bridge branch 11a, 11b, 11c, also called “low-side” switch. The semiconductor switches are, for example, bipolar transistors with an insulated "gate" connection (IGBTs), metal oxide field effect transistors (MOSFETs), silicon carbide transistors (SiC), gallium nitride transistors (GaN) or other known semiconductor switches.
Sämtliche Brückenzweige 11a, 11b, 11c sind an einem Anschluss mit einem An schluss des Zwischenkreiskondensators 9 elektrisch verbunden. Die anderen Anschlüsse der Brückenzweige 11a, 11b, 11c sind mit einem weiteren Anschluss des Zwischenkreiskondensators 9 elektrisch verbunden. Jeweilige Knotenpunkte 14a, 14b, 14c der Brückenzweige können jeweils über eine Wechselspannungslei tung ACu, ACv, ACw mit einem Phasenanschluss der elektrischen Maschine 5 elektrisch verbunden werden. All bridge branches 11a, 11b, 11c are electrically connected at one connection to a connection of the intermediate circuit capacitor 9. The other connections of the bridge branches 11a, 11b, 11c are electrically connected to a further connection of the intermediate circuit capacitor 9. Respective nodes 14a, 14b, 14c of the bridge branches can each be electrically connected to a phase connection of the electrical machine 5 via an AC voltage line ACu, ACv, ACw.
Die Halbleiterschalter 12a, 12b, 12c, 13a, 13b, 13c der Schaltanordnung 4 werden über eine Steuereinheit angesteuert. The semiconductor switches 12a, 12b, 12c, 13a, 13b, 13c of the switching arrangement 4 are controlled via a control unit.
Die beiden Gleichspannungsleitungen DC+, DC- sind derart ausgebildet und durch den Spannungsumrichter 3 bis hin zur elektrischen Maschine 5 geführt, dass sie jeweils im Bereich der elektrischen Maschine 5 mit einem Y-Kondensator 7a, 7b elektrisch gekoppelt sind. Die Y-Kondensatoren 7a, 7b sind entweder direkt an einem Blechpaket des Stators der elektrischen Maschine 5 oder mit einem Ge häuse 8b der elektrischen Maschine 5, das mit dem Blechpaket des Stators elektrisch leitend verbunden ist, angeordnet, d.h., dass die Y-Kondensatoren 7a,The two DC voltage lines DC+, DC- are designed and routed through the voltage converter 3 to the electrical machine 5 in such a way that they are each electrically coupled in the area of the electrical machine 5 with a Y-capacitor 7a, 7b. The Y-capacitors 7a, 7b are either directly on a laminated core of the stator of the electrical machine 5 or with a Ge housing 8b of the electrical machine 5, which is electrically conductively connected to the laminated core of the stator, ie the Y-capacitors 7a,
7b bei dieser Variante in geometrischer Nähe des Stators angebunden werden. 7b are connected in this variant in the geometric vicinity of the stator.
Das Gehäuse 8b der elektrischen Maschine 5 ist in das Systemgehäuse 8a inte griert. The housing 8b of the electrical machine 5 is integrated into the system housing 8a.
Die Gleichspannungsleitungen DC+, DC- sind zwischen dem Wechselspannungs ausgang der Schaltanordnung 4 und der elektrischen Maschine 5 derart geführt, dass die Wechselspannungsleitungen ACu, ACv, ACw zwischen den beiden im Wesentlichen parallel geführten Gleichspannungsleitungen DC+, DC- liegen. The DC voltage lines DC+, DC- are routed between the AC voltage output of the switching arrangement 4 and the electrical machine 5 in such a way that the AC voltage lines ACu, ACv, ACw lie between the two essentially parallel DC voltage lines DC+, DC-.
Die elektrische Antriebsanordnung 1 kann dahingehend betrieben werden, dass der Spannungsumrichter 3 von der Gleichspannungsquelle 2 gespeist wird und die Schaltanordnung 4 des Spannungsumrichters 3 an den Knotenpunkten 14a, 14b, 14c mit der elektrischen Maschine 5 als elektrischen Verbraucher verbunden ist. Darüber hinaus kann jedoch in einem weiteren Betriebsmodus der elektrischen Antriebsanordnung 1 auch elektrische Energie, die von der elektrischen Maschine 5 in einem Generatorbetrieb bereitgestellt wird, durch die Schaltanordnung 4 des Spannungsumrichters 3 in eine Gleichspannung umgeformt werden. Diese Gleichspannung kann daraufhin in die Gleichspannungsquelle 2 eingespeist wer den. Ist die Gleichspannungsquelle 2 beispielsweise als Sekundärbatterie ausge bildet, so kann diese derart geladen werden. The electrical drive arrangement 1 can be operated in such a way that the voltage converter 3 is fed by the DC voltage source 2 and the switching arrangement 4 of the voltage converter 3 is connected at the nodes 14a, 14b, 14c to the electric machine 5 as an electric consumer. In addition, however, in a further operating mode of the electrical drive arrangement 1 , electrical energy that is provided by the electrical machine 5 in generator operation can also be converted into a DC voltage by the switching arrangement 4 of the voltage converter 3 . This DC voltage can then be fed into the DC voltage source 2 who the. If the DC voltage source 2 is formed, for example, as a secondary battery, it can be charged in this way.
In Fig. 2 und Fig. 3 ist jeweils eine schematische Darstellung eines Ausführungs beispiels gemäß einer zweiten Variante einer elektrischen Antriebsanordnung 1 dargestellt. Die elektrische Antriebsanordnung 1 umfasst ein Systemgehäuse 8a, eine Gleich spannungsquelle 2, einen Spannungsumrichter 3 mit einem EMV-Filter 10, einem Zwischenkreiskondensator 9 und einer Schaltanordnung4 sowie eine elektrische Maschine 5. Die Gleichspannungsquelle 2 ist über zwei Gleichspannungsleitungen DC+, DC- mit einem zweiphasigen Gleichspannungseingang der Schaltanordnung 4 verbunden. Ein dreiphasiger Wechselspannungsausgang der Schaltanordnung 4 ist über drei Wechselspannungsleitungen ACu, ACv, ACw mit der elektrischen Maschine 5 verbindbar. Der Zwischenkreiskondensator 9 ist mit dem Gleichspan nungseingang der Schaltanordnung 4 elektrisch gekoppelt. Der EMV-Filter 10 ist zwischen die Gleichspannungsquelle 2 und den Zwischenkreiskondensator 9 geschaltet. In Fig. 2 and Fig. 3 is a schematic representation of an embodiment example according to a second variant of an electric drive assembly 1 is shown. The electrical drive arrangement 1 comprises a system housing 8a, a direct voltage source 2, a voltage converter 3 with an EMC filter 10, an intermediate circuit capacitor 9 and a switching arrangement 4 as well as an electrical machine 5. The direct voltage source 2 is connected via two direct voltage lines DC+, DC- with a two-phase DC voltage input of the switching arrangement 4 connected. A three-phase AC voltage output of the switching arrangement 4 can be connected to the electrical machine 5 via three AC voltage lines ACu, ACv, ACw. The intermediate circuit capacitor 9 is electrically coupled to the direct voltage input of the switching arrangement 4 . The EMC filter 10 is connected between the DC voltage source 2 and the intermediate circuit capacitor 9 .
Weiters kann auch ein ausgangsseitiger, nämlich wechselspannungsausgangssei tiger, EMV-Filter in Form einer „Common-Mode-Choke“ implementiert werden (nicht dargestellt). Furthermore, an EMC filter on the output side, namely on the AC voltage output side, can also be implemented in the form of a “common mode choke” (not shown).
Bei der Gleichspannungsquelle 2 handelt es sich um eine Sekundärbatterie. The DC power source 2 is a secondary battery.
Bei dem Spannungsumrichter 3 handelt es sich um einen Gleichspannungs- Wechselspannungs-Umrichter (DC/AC-Umrichter). Die Schaltanordnung 4 um fasst eine Vollbrückenschaltung mit drei Brückenzweigen 11a, 11b, 11c. Eine derartige Ausführung der Schaltanordnung 4 mit drei Brückenzweigen stellt jedoch lediglich eine beispielhafte Ausführungsform dar - es sind auch Vollbrückenschal tungen mit beispielsweise zwei, vier, fünf oder sechs oder einer beliebigen ande ren Anzahl an Brückenzweigen denkbar. The voltage converter 3 is a DC/AC converter (DC/AC converter). The switching arrangement 4 includes a full bridge circuit with three bridge arms 11a, 11b, 11c. However, such an embodiment of the switching arrangement 4 with three bridge arms is merely an exemplary embodiment—full-bridge circuits with, for example, two, four, five or six or any other number of bridge arms are also conceivable.
Jeder Brückenzweig 11a, 11b, 11c weist zwei Halbleiterschalter, nämlich einen ersten Flalbleiterschalter 12a, 12b, 12c und einen zweiten Flalbleiterschalter 13a, 13b, 13c, auf. Bei dem ersten Flalbleiterschalter 12a, 12b, 12c handelt es sich jeweils um den oberen Halbleiterschalter des jeweiligen Brückenzweigs 11a, 11b, 11c, auch „High-Side“-Schalter genannt. Bei dem zweiten Halbleiterschalter 13a,Each bridge arm 11a, 11b, 11c has two semiconductor switches, namely a first semiconductor switch 12a, 12b, 12c and a second semiconductor switch 13a, 13b, 13c. The first semiconductor switch 12a, 12b, 12c is in each case around the upper semiconductor switch of the respective bridge arm 11a, 11b, 11c, also called “high-side” switch. At the second semiconductor switch 13a,
13b, 13c handelt es sich jeweils um den unteren Halbleiterschalter des jeweiligen Brückenzweigs 11a, 11b, 11c, auch „Low-Side“-Schalter genannt. Bei den Halb leiterschaltern handelt es sich beispielsweise um bipolare Transistoren mit einem isolierten „Gate“ -Anschluss (IGBTs), Metalloxid-Feldeffekttransistoren (MOS- FETs), Siliziumkarbidtransistoren (SiC), Galliumnitridtransistoren (GaN) oder an dere bekannte Halbleiterschalter. 13b, 13c is in each case the lower semiconductor switch of the respective bridge branch 11a, 11b, 11c, also called “low-side” switch. The semiconductor switches are, for example, bipolar transistors with an insulated "gate" connection (IGBTs), metal oxide field effect transistors (MOSFETs), silicon carbide transistors (SiC), gallium nitride transistors (GaN) or other known semiconductor switches.
Sämtliche Brückenzweige 11a, 11b, 11c sind an einem Anschluss mit einem An schluss des Zwischenkreiskondensators 9 elektrisch verbunden. Die anderen Anschlüsse der Brückenzweige 11a, 11b, 11c sind mit einem weiteren Anschluss des Zwischenkreiskondensators 9 elektrisch verbunden. Jeweilige Knotenpunkte 14a, 14b, 14c der Brückenzweige können jeweils über eine Wechselspannungslei tung ACu, ACv, ACw mit einem Phasenanschluss der elektrischen Maschine 5 elektrisch verbunden werden. All bridge branches 11a, 11b, 11c are electrically connected at one connection to a connection of the intermediate circuit capacitor 9. The other connections of the bridge branches 11a, 11b, 11c are electrically connected to a further connection of the intermediate circuit capacitor 9. Respective nodes 14a, 14b, 14c of the bridge branches can each be electrically connected to a phase connection of the electrical machine 5 via an AC voltage line ACu, ACv, ACw.
Die Halbleiterschalter 12a, 12b, 12c, 13a, 13b, 13c der Schaltanordnung 4 werden über eine Steuereinheit angesteuert. The semiconductor switches 12a, 12b, 12c, 13a, 13b, 13c of the switching arrangement 4 are controlled via a control unit.
Die elektrische Maschine 5 weist ein Gehäuse 8b auf, das in das Systemgehäuse 8a integriert ist. Das Gehäuse 8b ist derart ausgebildet und durch den Span nungsumrichter 3 bis hin zu der Schaltanordnung 4 geführt, dass es im Bereich der Schaltanordnung 4 mit zwei Y-Kondensatoren 7a, 7b elektrisch gekoppelt ist. Die Y-Kondensatoren 7a, 7b sind gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels ge mäß der zweiten Variante der elektrischen Antriebsanordnung 1 auf der Gleich spannungsseite der Schaltanordnung 4 angeordnet und gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels gemäß der zweiten Variante der elektrischen Antriebsan ordnung 1 auf der Wechselspannungsseite der Schaltanordnung 4 angeordnet Das Gehäuse 8b ist zwischen dem Wechselspannungsausgang der Schaltanord nung 4 und der elektrischen Maschine 5 derart geführt, dass es die Wechselspan nungsleitungen ACu, ACv, ACw axial einschließt. The electrical machine 5 has a housing 8b which is integrated into the system housing 8a. The housing 8b is designed in such a way and guided through the voltage converter 3 to the switching arrangement 4 that it is electrically coupled in the area of the switching arrangement 4 to two Y-capacitors 7a, 7b. The Y-capacitors 7a, 7b are arranged according to a first exemplary embodiment according to the second variant of the electrical drive arrangement 1 on the DC voltage side of the switching arrangement 4 and according to a second exemplary embodiment according to the second variant of the electrical drive arrangement 1 on the AC voltage side of the switching arrangement 4 The housing 8b is guided between the AC voltage output of the switching arrangement 4 and the electrical machine 5 in such a way that it axially encloses the AC voltage lines ACu, ACv, ACw.
Bei beiden Ausführungsbeispielen der zweiten Variante ist das Gehäuse 8b zwi schen der elektrischer Maschine 5 und dem Spannungsumrichter 3 bzw. der Schaltanordnung 4 des Spannungsumrichters 3 geometrisch derart ausgebildet, dass es nahe beim Stator der elektrischen Maschine 5 verbunden wird. In both exemplary embodiments of the second variant, the housing 8b between the electric machine 5 and the voltage converter 3 or the switching arrangement 4 of the voltage converter 3 is designed geometrically in such a way that it is connected close to the stator of the electric machine 5 .
Die elektrische Antriebsanordnung 1 kann in beiden Varianten dahingehend be trieben werden, dass der Spannungsumrichter 3 von der Gleichspannungsquelle 2 gespeist wird und die Schaltanordnung 4 des Spannungsumrichters 3 an den Knotenpunkten 14a-14c mit der elektrischen Maschine 5 als elektrischen Verbrau cher verbunden ist. Darüber hinaus kann jedoch in einem weiteren Betriebsmodus der elektrischen Antriebsanordnung 1 auch elektrische Energie, die von der elektrischen Maschine 5 in einem Generatorbetrieb bereitgestellt wird, durch die Schaltanordnung 4 des Spannungsumrichters 3 in eine Gleichspannung umge formt werden. Diese Gleichspannung kann daraufhin in die Gleichspannungsquel le 2 eingespeist werden. Ist die Gleichspannungsquelle 2 beispielsweise als Se kundärbatterie ausgebildet, so kann diese derart geladen werden. In both variants, the electrical drive arrangement 1 can be operated in such a way that the voltage converter 3 is fed by the DC voltage source 2 and the switching arrangement 4 of the voltage converter 3 is connected at the nodes 14a-14c to the electric machine 5 as an electric consumer. In addition, however, in a further operating mode of the electrical drive arrangement 1, electrical energy, which is provided by the electrical machine 5 in generator operation, can also be converted into a DC voltage by the switching arrangement 4 of the voltage converter 3. This DC voltage can then be fed into the DC voltage source 2. If the DC voltage source 2 is designed as a secondary battery, for example, it can be charged in this way.
Bezuqszeichenliste Reference character list
1 Elektrische Antriebsanordnung 1 Electric drive arrangement
2 Gleichspannungsquelle 2 DC voltage source
3 Spannungsumrichter 3 voltage converters
4 Schaltanordnung 4 switching arrangement
5 Elektrische Maschine 5 electric machine
7a, 7b Y-Kondensator 7a, 7b Y capacitor
8a Systemgehäuse (der elektrischen Antriebsanordnung)8a system housing (of the electric drive assembly)
8b Gehäuse (der elektrischen Maschine) 8b housing (of the electrical machine)
9 Zwischenkreiskondensator 9 intermediate circuit capacitor
10 EMV-Filter 10 EMC filters
11a, 11b, 11c Brückenzweig 12a, 12b, 12c Erster Halbleiterschalter 13a, 13b, 13c Zweiter Halbleiterschalter 14a, 14b, 14c Knotenpunkt 11a, 11b, 11c bridge arm 12a, 12b, 12c first semiconductor switch 13a, 13b, 13c second semiconductor switch 14a, 14b, 14c node
DC+, DC- Gleichspannungsleitung ACu, ACv, ACw Wechselspannungsleitung DC+, DC- direct voltage line ACu, ACv, ACw alternating voltage line

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Elektrische Antriebsanordnung (1 ) für ein Kraftfahrzeug umfassend eine Gleichspannungsquelle (2), einen Spannungsumrichter (3) mit einer Schaltanordnung (4) und eine elektrische Maschine (5), wobei die Gleichspannungsquelle (2) über zumindest zwei Gleichspan nungsleitung (DC+, DC-) mit einem Gleichspannungseingang der Schaltan ordnung (4) verbunden oder verbindbar ist und wobei ein mehrphasiger Wechselspannungsausgang der Schaltanordnung(4) über der Anzahl an Phasen des Wechselspannungsausgangs entsprechend viele Wechsel spannungsleitungen (ACu, ACv, ACw) mit der elektrischen Maschine (5) verbunden oder verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleich spannungsleitungen (DC+, DC-) derart ausgebildet und durch den Span nungsumrichter (3) bis hin zur elektrischen Maschine (5) geführt sind, dass sie im Bereich der elektrischen Maschine (5) mit jeweils zumindest einem Y-Kondensator (7a, 7b) elektrisch gekoppelt sind. 1. Electrical drive arrangement (1) for a motor vehicle comprising a DC voltage source (2), a voltage converter (3) with a switching arrangement (4) and an electric machine (5), the DC voltage source (2) having at least two DC voltage lines (DC+, DC-) is or can be connected to a DC voltage input of the switching arrangement (4), and wherein a polyphase AC voltage output of the switching arrangement (4) has a corresponding number of AC voltage lines (ACu, ACv, ACw) to the electrical machine (5 ) is connected or connectable, characterized in that the DC voltage lines (DC+, DC-) are designed and routed through the voltage converter (3) to the electrical machine (5) in such a way that they are in the area of the electrical machine (5) are each electrically coupled with at least one Y-capacitor (7a, 7b).
2. Elektrische Antriebsanordnung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeich net, dass die elektrische Maschine (5) einen Rotor, einen Stator und ein Gehäuse (8b) aufweist, wobei die Y-Kondensatoren (7a, 7b) mit dem Stator der elektrischen Maschine (5) und/oder dem Gehäuse (8b) der elektrischen Maschine (5) elektrisch gekoppelt sind. 2. Electrical drive arrangement (1) according to claim 1, characterized in that the electrical machine (5) has a rotor, a stator and a housing (8b), wherein the Y-capacitors (7a, 7b) with the stator of the electrical Machine (5) and / or the housing (8b) of the electrical machine (5) are electrically coupled.
3. Elektrische Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die Gleichspannungsleitungen (DC+, DC-) zwischen dem Wechselspannungsausgang der Schaltanordnung (4) und der elektri schen Maschine (5) derart geführt sind, dass die Wechselspannungsleitun gen (ACu, ACv, ACw) axial zwischen den beiden Gleichspannungsleitungen (DC+, DC-) liegen. 3. Electrical drive arrangement (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the DC voltage lines (DC+, DC-) are routed between the AC voltage output of the switching arrangement (4) and the electrical machine (5) in such a way that the AC voltage lines gene (ACu, ACv, ACw) axially between the two DC voltage lines (DC+, DC-).
4. Elektrische Antriebsanordnung (1 ) für ein Kraftfahrzeug umfassend eine Gleichspannungsquelle (2), einen Spannungsumrichter (3) mit einer Schaltanordnung (4) und eine elektrische Maschine (5), wobei die Gleichspannungsquelle (2) über zumindest zwei Gleichspan nungsleitungen (DC+, DC-) mit einem Gleichspannungseingang der Schaltanordnung (4) verbunden oder verbindbar ist und wobei ein mehr phasiger Wechselspannungsausgang der Schaltanordnung (4) über der Anzahl an Phasen des Wechselspannungsausgangs entsprechend viele Wechselspannungsleitungen (ACu, ACv, ACw) mit der elektrischen Maschi ne (5) verbunden oder verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (8b) der elektrischen Maschine (5) derart ausgebildet und durch den Spannungsumrichter (3) bis hin zur Schaltanordnung (4) geführt ist, dass es im Bereich der Schaltanordnung (4) mit zumindest einem Y- Kondensator (7a, 7b) elektrisch gekoppelt ist. 4. Electrical drive arrangement (1) for a motor vehicle comprising a DC voltage source (2), a voltage converter (3) with a switching arrangement (4) and an electric machine (5), the DC voltage source (2) having at least two DC voltage lines (DC+, DC-) is or can be connected to a DC voltage input of the switching arrangement (4), and wherein a multi-phase AC voltage output of the switching arrangement (4) has a corresponding number of AC voltage lines (ACu, ACv, ACw) to the electrical machine (5 ) is connected or connectable, characterized in that a housing (8b) of the electrical machine (5) is designed and guided through the voltage converter (3) to the switching arrangement (4) in such a way that it is in the area of the switching arrangement (4) with at least one Y-capacitor (7a, 7b) is electrically coupled.
5. Elektrische Antriebsanordnung (1 ) nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsumrichter (3) einen Zwischenkreis kondensator (9) aufweist, wobei der Zwischenkreiskondensator (9) mit dem Gleichspannungseingang der Schaltanordnung (4) elektrisch gekoppelt ist. 5. Electrical drive arrangement (1) according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the voltage converter (3) has an intermediate circuit capacitor (9), the intermediate circuit capacitor (9) being electrically coupled to the DC voltage input of the switching arrangement (4). is.
6. Elektrische Antriebsanordnung (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, dass der Spannungsumrichter (3) einen EMV-Filter (10) aufweist, wo bei der EMV-Filter (10) zwischen die Gleichspannungsquelle (2) und den Zwischenkreiskondensator (9) geschaltet ist. 6. Electrical drive arrangement (1) according to claim 5, characterized in that the voltage converter (3) has an EMC filter (10), where in the EMC filter (10) between the DC voltage source (2) and the intermediate circuit capacitor (9 ) is switched.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008252962A (en) * 2007-03-29 2008-10-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Integrated electric compressor
DE102010055484A1 (en) * 2010-12-22 2012-06-28 Avl Trimerics Gmbh Electric drive system with targeted guidance of the dominant common-mode currents
US20140306563A1 (en) * 2011-11-28 2014-10-16 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Mechanical-Electrical Integrated Electric Drive System
DE102015215746A1 (en) * 2015-08-18 2017-02-23 Volkswagen Aktiengesellschaft Potential-free direct voltage network

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008252962A (en) * 2007-03-29 2008-10-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Integrated electric compressor
DE102010055484A1 (en) * 2010-12-22 2012-06-28 Avl Trimerics Gmbh Electric drive system with targeted guidance of the dominant common-mode currents
US20140306563A1 (en) * 2011-11-28 2014-10-16 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Mechanical-Electrical Integrated Electric Drive System
DE102015215746A1 (en) * 2015-08-18 2017-02-23 Volkswagen Aktiengesellschaft Potential-free direct voltage network

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