DE102005011872A1 - Motormodul für ein elektromechanisches Hybridgetriebe - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Hybridgetriebe geschaffen, welches zwei Elektromotoren und mehrere Planetengetriebesätze aufweist, die mit den Motoren und einer Antriebsmaschine wirksam verbunden werden können. Neuartige Motormerkmale sind vorgesehen, welche einen Aufbau einschließen, der dafür angepasst ist, die Zuverlässigkeit zu verbessern und eine Montage zu erleichtern. Genauer gesagt wird ein Verfahren geschaffen, um die Komponenten eines Motors, der einen Rotor und einen Stator enthält, innerhalb eines abgedeckten Gehäuses anzuordnen und zu installieren, um ein Motormodul zu schaffen. Mehrere Rotorlager und ein Stellungs/Drehzahlsensor werden vorzugsweise dem Motormodul ebenfalls hinzugefügt. Nachdem das Motormodul zusammengebaut ist, kann der Motor getestet werden, und danach kann das Motormodul als eine einzelne Komponente unter Ausnutzung herkömmlicher Verfahren zur Getriebemontage in ein Hybridgetriebe installiert werden.

Description

  • QUERVERWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der am 22. März 2004 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr. 60/555,270, die hiermit durch Verweis in ihrer Gesamtheit einbezogen ist.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Erfindung bezieht sich auf ein Motormodul für ein elektromechanisches Hybridfahrzeuggetriebe.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Das Zusammenbauen eines Hybridgetriebes umfasst typischerweise im Einzelnen das Installieren der Elektromotorkomponenten in das Getriebegehäuse und anschließende Testen der Elektromotoren, um sicherzustellen, dass sie zufriedenstellend arbeiten. Da die Elektromotoren magnetisiert sind, kann das präzise Zusammenbauen ihrer Komponenten innerhalb des Hybridgetriebes schwierig und arbeitsintensiv sein.
    •
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es wird ein Hybridgetriebe mit zwei Elektromotoren und mehreren Planetengetriebesätzen geschaffen, die mit den Motoren und mit einer Antriebsmaschine wirksam verbunden werden können. Neuartige Motor merkmale sind vorgesehen einschließlich eines Aufbaus, der dafür angepasst ist, die Zuverlässigkeit zu verbessern und die Montage zu erleichtern. Genauer gesagt wird ein Verfahren zum Anordnen und Installieren der Komponenten eines Motors, der einen Rotor und einen Stator enthält, innerhalb eines abgedeckten Gehäuses vorgesehen, um ein Motormodul zu schaffen. Mehrere Rotorlager und ein Stellungs/Drehzahlsensor werden ebenfalls dem Motormodul vorzugsweise hinzugefügt. Nachdem das Motormodul zusammengebaut ist, kann der Motor getestet werden, und danach kann das Motormodul in ein Getriebegehäuse als eine einzelne Komponente eingebaut werden.
  • Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst ein Motormodul für ein Hybridgetriebe. Das Motormodul schließt ein im Wesentlichen zylindrisches Modulgehäuse ein, das einen Außendurchmesser und einen Innendurchmesser definiert. Das Modulgehäuse hat ein offenes Ende und geschlossenes Ende, das dem offenen Ende gegenüberliegt. Das Modulgehäuse weist eine Kerbverzahnung an einem Innenteil des äußeren Durchmessers des Gehäuses auf. Das Modulgehäuse enthält auch eine Anordnungsschulter am inneren Teil des Außendurchmessers des Gehäuses. Eine Motoranordnung ist innerhalb des Modulgehäuses so angeordnet, dass die Motoranordnung durch die Anordnungsschulter axial angeordnet und durch die Kerbverzahnung radial orientiert wird. Die Motoranordnung umfaßt einen Stator und einen vom Stator umgebenen Rotor. Eine Gehäuseabdeckung ist vorzugsweise am offenen Ende des Modulgehäuses angebracht, um die Motoranordnung einzuschließen. Die Gehäuseabdeckung weist mehrere Nasen auf, die dafür angepasst sind, die Anbringung des Motormoduls am Getriebegehäuse zu erleichtern. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Rotorlager und der Stellungs/Drehzahlsensor durch das Modulgehäuse und/oder die Gehäuseabdeckung integral festgehalten.
  • Die Motoranordnung ist vorzugsweise im Presssitz in das Gehäuse eingesetzt, und das Gehäuse ist vorzugsweise im Schlupfsitz in das Getriebegehäuse eingesetzt. Das Gehäuse kann abgedeckt werden, indem die Gehäuseabdeckung angeschraubt wird, nachdem der Motor eingesetzt wurde, so dass die Abdeckung entfernt werden kann, falls es zum Beispiel notwendig wird, den Motor zu reparieren. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen einem der mehreren Rotorlager und der Gehäuseabdeckung eine Federscheibe montiert.
  • Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Verfahren zum Ausführen der Erfindung ohne weiteres ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird.
    •
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Querschnittansicht eines elektromechanischen Hybridgetriebes;
  • 2 ist eine schematische fragmentarische Querschnittansicht eines vorderen Teils des Getriebes von 1;
  • 2A ist eine schematische fragmentarische Querschnittansicht einer Motoranordnung und eines Modulgehäuses des Getriebes von 1;
  • 3 ist eine schematische fragmentarische Querschnittansicht eines hinteren Teils des Getriebes von 1; und
  • 4 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Gehäuses und einer angebrachten Abdeckung für ein Motormodul, das im Getriebe von 1 nutzt wird.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Bezugnehmend auf die Zeichnungen, worin gleiche Bezugsziffern auf gleiche Komponenten verweisen, zeigt 1 die obere Hälfte eines Getriebes 10 im Querschnitt. Die untere Hälfte des Getriebes (nicht dargestellt) ist auf der gegenüberliegenden Seite der Mittelachse 12 angeordnet. Ein erstes und zweites Elektromotormodul 14 bzw. 16 sind um die Mittelachse 12 innerhalb des Getriebes 10 angeordnet. Eine Hauptwelle 20 ist um die Mittelachse 12 drehbar in Längsrichtung angeordnet. Mehrere Innenwellen wie z.B. eine Innenwelle 22 sind um die Hauptwelle 20 konzentrisch angeordnet und gleichfalls um die Mittelachse drehbar. Eine Antriebswelle 24 ist vor der Hauptwelle 20 angeordnet und dient dazu, Kraft von einer (nicht dargestellten) Antriebsmaschine bzw. einem Motor zum Getriebe 10 zu übertragen. Ein Eingriff von einer oder mehr mehrerer Kupplungen, die im Getriebe 10 enthalten sind (wobei eine erste, zweite, dritte und vierte Kupplung 26, 28, 30 bzw. 32 dargestellt sind), verbindet einen oder mehrere eines ersten, zweiten und dritten Planetengetriebesatzes 34, 36 bzw. 38 miteinander, um Kraft mit verschiedenen Übersetzungen an ein (nicht dargestelltes) Abtriebsglied zu übertragen. Wie der Fachmann ohne weiteres versteht, umfasst jeder der Planetengetriebesätze ein Sonnenradglied, ein Glied einer Planetenträgeranordnung und Hohlradglied. Eine fünfte Kupplung, auf die als Aussperr- bzw. Lockout-Kupplung 42 verwiesen wird, dient dazu, einen Torsionsisolator 44 (auf den auch als Dämpferfedern verwiesen wird) von umgebenden Bauteilelementen zu entkoppeln und eine direkte Verbindung zwischen dem Motor und dem Getriebe zu schaffen.
  • Nach 2 und 3 sind das erste und zweite Motormodul 14 bzw. 16 jeweils geschlossene Anordnungen. Die Motormodule 14, 16 schließen jeweils einen Motor 46A bzw. 46B ein. Die Motoren 46A, 46B enthalten jeweils einen Rotor 48A bzw. 48B und einen Stator 50A bzw. 50B.
  • Die Motoren 46A, 46B sind vorzugsweise innerhalb einer Trommel eingeschlossen, die aus einem im Wesentlichen zylindrischen Modulgehäuse 54A, 54B und einer Abdeckung 56A, 56B des Modulgehäuses besteht. Jedes Modulgehäuse 54A, 54B weist ein offenes Ende 58A, 58B, das dafür angepasst ist, den Einsatz eines Motors zu erleichtern, und ein geschlossenes Ende 60A, 60B auf. Die Modulgehäuse 54A, 54B definieren Außendurchmesser 80A bzw. 80B und Innendurchmesser 82A bzw. 82B. Die Außendurchmesser 80A, 80B der Modulgehäuse 54A, 54B weisen eine Innenfläche 84A, 84B und eine Außenfläche 86A, 86B auf. Die Abdeckungen 56A, 56B des Modulgehäuses werden jeweils am offenen Ende 58A, 58B des Modulgehäuses 54A, 54B angebracht, nachdem die Motoren 46A, 46B darin eingesetzt wurden, wie im Folgenden im Detail beschrieben wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Gehäuse 54A, 54B aus geformtem Stahl, und die Abdeckung 56A, 56B ist gestanzter Stahl; es sollte jedoch erkannt werden, dass das Gehäuse und die Abdeckung aus anderen Materialien bestehen und/oder gemäß anderen bekannten Fertigungsprozessen gefertigt werden können. Da die Motoren 46A, 46B vollständig eingeschlossen sind, ist die Gefahr einer Verunreinigung durch Fremdkörper reduziert. Dies ist besonders für die Elektromotoren 46A, 46B der vorliegenden Erfindung insofern vorteilhaft, als die Motoren magnetisiert sind und daher Verunreinigungen leicht anziehen.
  • Die Module 14, 16 werden vorzugsweise vor einer Installation im Getriebe 10 vormontiert. Außerdem können die vormontierten Module im Hinblick auf die Erfüllung von Leistungsanforderungen vor der Installation unabhängig getestet werden. Auf diese Weise wird eine Montage des Hybridgetriebes durch die Installation vormontierter und vorher getesteter Module 14, 16 anstelle mehrerer Motorkomponenten, die einen zusätzlichen Test erfordern, vereinfacht.
  • Nach 2 ist der Stator 50A vorzugsweise im Presssitz in das Modulgehäuse 54A eingesetzt. Wie in der Technik bekannt ist, ist ein Presssitz ein Sitz, bei dem der Außendurchmesser des Stators 50A größer als der Innendurchmesser des Modulgehäuses 54A ist, so dass eine Pressung dazwischen besteht, wenn die Teile zusammengesetzt sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Größe des Modulgehäuses 54A durch Erhitzen vergrößert, und die Größe des Stators 50A wird durch Kühlung reduziert. Danach wird der verkleinerte Stator 50A in das vergrößerte bzw. übergroße Modulgehäuse 54A eingesetzt, so dass, wenn die Komponenten Umgebungstemperatur erreichen, ein einen Eingriff aufrechterhaltender Presssitz vorliegt. Das Modulgehäuse 14 wird vorzugsweise im Schlupfsitz in das Getriebegehäuse 74 eingesetzt, was einen einfachen Einbau und eine einfache Entnahme des Stators 50A erlaubt. Ein Schlupfsitz ist ein herkömmlicherer Sitz, bei dem ein Zwischenraum zwischen Komponenten vorliegt, so dass sie leicht zusammengesetzt und auseinandergebaut werden. Das Modulgehäuse 54A weist eine innere Anordnungsschulter 68 auf, die dafür angepasst ist, den Stator 50A axial anzuordnen. Wie in 2A gezeigt ist, weist das Modulgehäuse 54A auch eine (in 2A dargestellte) innere Kerbverzahnung 96A auf, die dafür eingerichtet ist, mit einem entsprechenden Merkmal 98A der Motoranordnung 46A für eine radiale Orientierung in Eingriff zu kommen.
  • Wieder auf 2 bezugnehmend weist das Gehäuse 54A einen externen Schulterteil 100A auf, der dafür angepasst ist, eine integrale Abstützung für ein Rotorlager 62A zu liefern. Das Gehäuse 54A weist vorzugsweise auch einen internen Schulterteil 102A auf, der dafür angepasst ist, einen Stellungs/Drehzahlsensor 130 integral festzuhalten. Ein zweites Rotorlager 64A wird durch einen externen Schulterteil 104A der Gehäuseabdeckung 56A abgestützt. Eine Federscheibe 63A ist vorzugsweise zwischen dem Rotorlager 64A und entweder der Gehäuseabdeckung 56A oder dem Gehäuse 54A angeordnet und wendet eine Vorlast an, die dafür angepasst ist, eine axiale Bewegung des Motormoduls 14 zu steuern bzw. zu kontrollieren. Das Gehäuse 54A und die Gehäuseabdeckung 56A mit integralen Rotorlagern 62A, 64A werden die Konzentrizität des Stators 50A und Rotors 48A genauer steuern, als mit nicht integralen Lagern erreicht werden könnte, weil der vorliegende Entwurf weniger Komponenten (Vorrichtungen zum Montieren und Festhalten des Rotorlagers sind unnötig) aufweist, so dass die Aufsummierung von Toleranzen (engl. tolerance stack-up) reduziert ist. Dies führt zu einer verbesserten Leistungsfähigkeit des Motors 46A, indem ein kleinerer Luftspalt 66A zwischen dem Stator 50A und dem Rotor 48A ermöglicht wird.
  • Die Abdeckung 56A wird vorzugsweise auf dem offenen Ende 58A des Modulgehäuses 54A geführt und mit Schrauben 70 angeschraubt, so dass die Abdeckung 56A abnehmbar ist, falls es zum Beispiel notwendig wird, den Motor 46A zu reparieren. Es sollte jedoch erkannt werden, dass die Abdeckung 56A alternativ dazu in jeder beliebigen herkömmlichen Weise am Modulgehäuse 54A angebracht werden kann.
  • Wie in 4 am besten dargestellt ist, schaffen das angebrachte Gehäuse 54A und die Abdeckung 56A, die die Rotor/Statoranordnung 48, 50A (dargestellt in 2) enthalten, ein geschlossenes Motormodul 14, das vor einer Installation im Getriebegehäuse 74 (dargestellt in 2) getestet werden kann. Außerdem helfen das angebrachte Gehäuse 54A und die Abdeckung 56A dabei, Fremdkörper aus dem Motormodul 14 sowohl während des Versands und der Handhabung als auch nach dem Einbau abzuhalten. Das Eindringen von Fremdkörpern in den Luftspalt 66 zwischen dem Rotor 48A und dem Stator 50A (dargestellt in 2) wird verhindert, wodurch die Leistungsfähigkeit des Motors gesteigert wird.
  • Die Gehäuseabdeckung 56A weist auch drei, radial um die Abdeckung beabstandete äußere Montagenasen 72 (eine dargestellt) auf, die ermöglichen, dass das Motormodul 14 an das Hauptgehäuse 74 des Getriebes geschraubt wird. Die Montagenasen 72 schaffen eine einfach zugängliche Befestigung und erleichtern die Aufnahme eines Statordrehmonents durch das Getriebegehäuse 74. Das zweite Motormodul 16 der 1 und 3 weist bauliche Eigenschaften ähnlich den hierin oben für das Motormodul 14 beschriebenen auf.
  • Obgleich die besten Verfahren zum Ausführen der Erfindung im Detail beschrieben wurden, erkennt der Fachmann für die Technik, auf die sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen, um die Erfindung innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche in die Praxis umzusetzen.

Claims (17)

  1. Verfahren zum Zusammenbauen eines Hybridgetriebes, wobei das Hybridgetriebe ein Getriebegehäuse aufweist, mit den Schritten: Zusammenbauen eines Motormoduls, was umfasst: Einsetzen einer Motoranordnung in ein Modulgehäuse; axiales Anordnen der Motoranordnung in Bezug auf das Modulgehäuse; radiales Positionieren der Motoranordnung in Bezug auf das Modulgehäuse; Montieren einer Gehäuseabdeckung an das Modulgehäuse; Testen des Motormoduls; und Anbringen des Motormoduls am Getriebegehäuse, nachdem das Motormodul zusammengebaut und getestet wurde.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einsetzen der Motoranordnung im Modulgehäuse einen Einbau im Presssitz der Motoranordnung in das Modulgehäuse einschließt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anbringen des Motormoduls am Getriebegehäuse einen Einbau im Schlupfsitz des Motormoduls in das Getriebegehäuse einschließt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Montieren der Gehäuseabdeckung an das Modulgehäuse ein Anschrauben der Gehäuseabdeckung am Modulgehäuse einschließt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Zusammenbauen des Motormoduls ein Anbringen eines ersten Rotorlagers am Modulgehäuse einschließt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Zusammenbauen des Motormoduls ferner ein Anbringen eines zweiten Rotorlagers an der Abdeckung des Modulgehäuses einschließt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Zusammenbauen des Motormoduls ein Anbringen einer Federscheibe zwischen dem zweiten Rotorlager und der Abdeckung des Modulgehäuses einschließt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Zusammenbauen des Motormoduls ein Anbringen eines Sensors am Modulgehäuse einschließt.
  9. Verfahren zum Zusammenbauen eines Hybridgetriebes, wobei das Hybridgetriebe ein Getriebegehäuse aufweist, mit den Schritten: Zusammenbauen eines Motormoduls, was umfasst: Einsetzen einer Motoranordnung in ein Modulgehäuse; axiales Anordnen der Motoranordnung in Bezug auf das Modulgehäuse; radiales Positionieren der Motoranordnung in Bezug auf das Modulgehäuse; Anbringen eines ersten Rotorlagers am Modulgehäuse; Anbringen eines Sensors am Modulgehäuse; Anbringen eines zweiten Rotorlagers an einer Modulabdeckung; Montieren einer Gehäuseabdeckung an das Modulgehäuse; Testen des Motormoduls; Anbringen des Motormoduls am Getriebegehäuse, nachdem das Motormodul zusammengebaut und getestet wurde.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Einsetzen der Motoranordnung im Modulgehäuse einen Einbau im Presssitz der Motoranordnung in das Modulgehäuse einschließt.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Anbringen des Motormoduls am Getriebegehäuse einen Einbau im Schlupfsitz des Motormoduls in das Getriebegehäuse einschließt.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Montieren der Gehäuseabdeckung an das Modulgehäuse ein Anschrauben der Gehäuseabdeckung am Modulgehäuse einschließt.
  13. Motormodul für ein Hybridgetriebe, wobei das Motormodul umfasst: ein im Wesentlichen zylindrisches Modulgehäuse, das einen Außendurchmesser und einen Innendurchmesser definiert, wobei das Modulgehäuse ein offenes Ende und ein dem offenen Ende gegenüber liegendes geschlossenes Ende aufweist und das Modulgehäuse umfasst: eine Kerbverzahnung an einem Innenteil des Außendurchmessers des Gehäuses; und eine Anordnungsschulter am Innenteil des Außendurchmessers des Gehäuses; eine Motoranordnung, die innerhalb des Modulgehäuses angeordnet ist, wobei die Motoranordnung durch die Anordnungsschulter axial angeordnet und die Motoranordnung durch die Kerbverzahnung radial orientiert wird, wobei die Motoranordnung umfasst: einen Stator; einen vom Stator umgebenen Rotor; und eine Abdeckung des Modulgehäuses, die am offenen Ende des Modulgehäuses angebracht ist.
  14. Motormodul nach Anspruch 13, ferner mit einem ersten Rotorlager, das am Modulgehäuse integral montiert ist.
  15. Motormodul nach Anspruch 14, ferner mit einem zweiten Rotorlager, das an der Abdeckung des Modulgehäuses integral montiert ist.
  16. Motormodul nach Anspruch 13, ferner mit einem Sensor, der am Modulgehäuse integral montiert ist.
  17. Motormodul nach Anspruch 13, wobei das Modulgehäuse mehrere Montagenasen aufweist, die dafür angepasst sind, die Anbringung des Modulgehäuses am Hybridgetriebe zu erleichtern.
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