DE102005011890A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen eines Elektromotors eines Hybridgetriebes - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen eines Elektromotors eines Hybridgetriebes Download PDF

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James A. Indianapolis Raszkowski
Edward L. Rochester Hills Kaiser
Anthony P. Fenton Tata
Kyle K. Fenton Kinsey
Joel E. Zionsville Mowatt
William S. Greenfield Reed
Michael D. Carmel Foster
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Abstract

Die vorliegende Erfindung ist gerichtet auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen eines Elektromotors eines Hybridgetriebes. Genauer gesagt ist eine ringförmige Kammer zwischen einem Gehäuse für den Elektromotor und einem Getriebegehäuse ausgebildet. Ein Kühlmittel wird in die ringförmige Kammer geleitet und durch mehrere Kühlmittelöffnungen im Motorgehäuse auf den Elektromotor aufgebracht, um den Motor zu kühlen.

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 Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen eines Elektromotors eines Hybridgetriebes.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Elektromotoren in einem elektromechanischen Hybridgetriebe erzeugen während des Betriebs Wärme. Falls die Wärme nicht ausreichend abgeführt wird, können die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der Motoren beeinträchtigt werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung ist gerichtet auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen eines Elektromotors eines Hybridgetriebes. Vorgesehen ist ein im Wesentlichen zylindrisches Motorgehäuse mit einer ersten und zweiten Angriffsfläche. Während der Montage greifen die erste und zweite Angriffsfläche des Motorgehäuses am Getriebegehäuse an, so dass dazwischen eine ringförmige Kammer ausgebildet wird. Unter Druck gesetztes Kühlmittel wird durch eine Zugangsöffnung im Getriebegehäuse in die ringförmige Kammer geleitet und danach durch mehrere Kühlmittelöffnungen im Motorgehäuse auf die Statorwicklungen des Elektromotors angewendet. Das unter Druck gesetzte Kühlmittel ist vorzugsweise ein Getriebefluid, so dass kein zusätzliches Reservoir für das Kühlmittel erforderlich ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die erste und zweite Angriffsflächen jeweils einen O-Ring auf, der dafür eingerichtet ist, den ringförmigen Hohlraum abzudichten. Im Motorgehäuse ist eine Ableitung vorgesehen, um eine zu hohe Akkumulierung des Kühlmittels zu verhindern. Die Ableitung kann bei einer Höhe liegen, die dafür angepasst ist, einen stationären Pegel akkumulierten Kühlmittels innerhalb des Motorgehäuses aufrechtzuerhalten, so dass der Elektromotor sowohl durch die anfängliche Beaufschlagung mit unter Druck gesetztem Kühlmittel als auch durch das akkumulierte Kühlmittel innerhalb des Gehäuses gekühlt wird. Eine Gehäuseabdeckung ist vorzugsweise am Motorgehäuse angebracht, um den Elektromotor zu umschließen und das akkumulierte Kühlmittel zurückzuhalten.
    •
  • Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten 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 fragmentarische Querschnittansicht eines elektromechanischen Hybridgetriebes;
  • 2 ist eine schematische fragmentarische Querschnittansicht eines vorderen Teils des Getriebes von 1;
  • 3 ist eine schematische fragmentarische Querschnittansicht eines hinteren Teils des Getriebes von 1;
  • 4 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Gehäuses und einer angebrachten Abdeckung für ein Motormodul, das im Getriebe von 1 genutzt wird; und
  • 5 ist eine schematische Querschnittansicht eines vorderen Teils des Getriebes von 1.
  • 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.
  • Wie in 2 und 3 gezeigt ist, sind das erste und zweite Motormodul 14, 16 geschlossene Anordnungen. Die Motormodule 14, 16 enthalten jeweils einen Motor 46A bzw. 46B. Die Motoren 46A, 46B umfassen jeweils einen Rotor 48A bzw. 48B und einen Stator 50A bzw. 50B. Der Stator 50A enthält Statorwicklungen 79A und 81A, und ähnlich enthält der Stator 50B Statorwicklungen 79B und 81B. Der Fachmann sollte erkennen, dass die Statorwicklungen 79A, 81A, 79B und 81B während des Betriebs Wärme erzeugen und daher gekühlt werden müssen, um eine optimale Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der Motoren 46A, 46B sicherzustellen.
  • Die Motoren 46A, 46B sind vorzugsweise innerhalb einer Trommel 52A, 52B 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 auf, das dafür angepasst ist, einen Einsatz des Motors zu erleichtern, und ein geschlossenes Ende 60A, 60B. Die Abdeckungen 56A, 56B des Modulgehäuses werden jeweils am offenen Ende 58A, 58B des Modulgehäuses 54A, 54B angebracht, nachdem die Motoren 46A, 46B darin jeweils eingesetzt wurden, wie später 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 sich jedoch verstehen, dass das Gehäuse und die Abdeckung aus anderen Materialien bestehen und/oder gemäß anderen bekannten Fertigungsverfahren gefertigt werden können.
  • Nach 3 definiert das Gehäuse 54B eine Außenfläche 62B und eine Innenfläche 64B. Die Außenfläche 62B ist im Wesentlichen linear mit einem erhabenen Tei1 66B nahe dem offenen Ende 58B des Gehäuses 54B. Eine erste Angriffsfläche 68B, die dafür angepasst ist, am Getriebegehäuse 72B anzugreifen, befindet sich nahe dem geschlossenen Ende 60B des Gehäuses 54B, und eine zweite Angriffsfläche 70B, die dafür angepasst ist, am Getriebegehäuse 72B anzugreifen, befindet sich auf dem erhabenen Teil 66B der Außenfläche 62B. Der Teil der Außenfläche 62B zwischen der ersten und zweiten Angriffsfläche steht mit dem Getriebegehäuse 72B nicht in Kontakt und definiert, wie im Folgenden im Detail beschrieben wird, teilweise den ringförmigen Hohlraum 74. Um das Gehäuse 54B unter Ausnutzung des bevorzugten Formprozesses zu fertigen, kann es notwendig sein, die Angriffsflächen 68B, 70B maschinell zu bearbeiten, um gewünschte Toleranzen einzuhalten, die notwendig sind, um das Modulgehäuse 54B innerhalb des Getriebes 10 richtig einzupassen. Vorteilhafterweise sieht diese Ausführungsform einen Präzisionssitz zwischen dem Gehäuse 54B und dem Getriebe 10 ohne den Aufwand vor, der erforderlich ist, um die gesamte Außenfläche 62B maschinell zu bearbeiten.
  • Das Getriebegehäuse 72B weist eine Oberfläche 76B auf, die einen Motorhohlraum 78B definiert, der dafür eingerichtet ist, das Modulgehäuse 54B aufzunehmen. Die Hohlraumoberfläche 76B weist vorzugsweise einen Steigungswinkel (engl. draft angle) von ungefähr 3 Grad auf, um einen Einbau des Modulgehäuses 54B zu erleichtern. Während des Einbaus greifen die erste und zweite Angriffsfläche 68B, 70B des Modulgehäuses 54B an der Hohlraumoberfläche 76B so an, dass die Fläche, die zwischen der ersten und zweiten Angriffsfläche 68B, 70B axial definiert wird und zwischen der Außenfläche 62B des Modulgehäuses 54B und der Hohlraumoberfläche 76B des Getriebegehäuses 72b radial definiert wird, den ringförmigen Hohlraum 74B ausbildet. Ein (in 5 gezeigtes) Kühlmittel 100 wird durch eine Zugangsöffnung 80B im Getriebegehäuse 72B in den ringförmigen Hohlraum 74B eingeführt. Das Kühlmittel 10 ist vorzugsweise unter Druck gesetzt, um dessen Anwendung auf den Motor 76B zu erleichtern; das Kühlmittel 100 kann jedoch alternativ dazu unter Verwendung des eigenen Gewichts beaufschlagt bzw. angewendet werden. Das Kühlmittel 100 ist vorzugsweise ein Fluid aus dem (nicht dargestellten) Kühlsystem des Getriebes, das genutzt wird, um andere Getriebekomponenten zu kühlen; es sollte jedoch erkannt werden, dass andere Fluide für diesen Zweck vorstellbar sind. Die Anwendung eines Fluids aus dem Kühlsystem des Getriebes ist besonders vorteilhaft, da sie keine zusätzlichen Teile zum Speichern, Unterdrucksetzen und Übertragen einer separaten Fluidquelle erfordert.
  • Die erste und zweite Angriffsfläche 68B, 70B des Modulgehäuses 54B efinieren jeweils eine O-Ringrille 82 mit einem darin angeordneten O-Ring 84. Die O-Ringe 84 sind so angepasst, dass sie den ringförmigen Hohlraum 74B abdichten und eine Leckage des Kühlmittels 100 (dargestellt in 5) verhindern. Die O-Ringe 84 helfen auch beim Führen und Zentrieren des Moduls 16 in das Getriebegehäuse 72B vor einer Befesti gung. Das Modulgehäuse 14 der 1 und 2 weist bauliche Eigenschaften ähnlich den oben für das Motormodul 16 beschriebenen auf.
  • Nach 2 und 4 sind um den Umfang des Modulgehäuses 54A mehrere Kühlmittelöffnungen 90 in Fluidverbindung mit dem ringförmigen Hohlraum 74A angeordnet. Das (in 5 dargestellte) unter Druck gesetzte Kühlmittel 100 im ringförmigen Hohlraum 74A wird aus den Kühlmittelöffnungen 90 mit einer Rate sprühen, die durch Betrag des Drucks im ringförmigen Hohlraum 74A sowie die Größe, Form und Anzahl der Kühlmittelöffnungen 90 bestimmt ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine erste Mehrzahl Kühlmittelöffnungen 90 um den Umfang des Modulgehäuses 54A in Ausrichtung mit den Statorwicklungen 79A angeordnet, und eine zweite Mehrzahl Kühlmittelöffnungen 90 ist um den Umfang des Modulgehäuses 54A in Ausrichtung mit den Statorwicklungen 81A angeordnet, so dass das unter Druck gesetzte Kühlmittel 100 direkt auf die Statorwicklungen 79A, 81A aufgebracht wird, um den Motor 46A zu kühlen. Es sollte jedoch erkannt werden, dass andere Ausführungen der Kühlmittelöffnungen vorstellbar sind. Ein ähnlicher Kühlaufbau ist auf dem Motormodul 16 von 3 vorgesehen.
  • Nach 4 und 5 sammelt sich das Kühlmittel 100, das in das Gehäuse 54A durch die Kühlmittelöffnung 90 eingeführt wird, bis dessen Pegel eine Ableitung 102 erreicht. Der stationäre Pegel des Kühlmittels 100 im Modulgehäuse ist daher durch die Lage der Ableitung 102A steuerbar. Es sollte erkannt werden, dass zusätzlich zur Kühlung der Statorwicklungen 79A, 81A durch die Anwendung des Kühlmittels 100 aus den Öffnungen 90 die Statorwicklungen 79A, 81A auch durch das im Gehäuse 54A gespeicherte akkumulierte Kühlmittel 100 gekühlt werden.
  • Die Gehäuseabdeckung 56A wird vorzugsweise auf das offene Ende 58A des Modulgehäuses 54A geführt und mit Schrauben 106 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 herkömmlicher Weise am Modulgehäuse 54A angebracht werden kann.
  • Die Gehäuseabdeckung 56A enthält vorzugsweise mehrere, um die Abdeckung radial beabstandete Montagenasen 104, die ermöglichen, dass das Modulgehäuse 14 an das Hauptgehäuse 72A des Getriebes geschraubt wird. Die Montagenasen 104 liefern eine einfach zugängliche Befestigung und erleichtern die Aufnahme eines Statordrehmoments durch das Getriebegehäuse 72A. Das zweite Motormodul 16 der 1 und 3 hat ähnliche bauliche Eigenschaften.
  • 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. Hybridgetriebe, mit: einem Getriebegehäuse mit einer Oberfläche, die einen Motorhohlraum definiert; einem Motormodul, das im Motorhohlraum des Getriebes angeordnet ist, wobei das Motormodul umfasst: ein im Allgemeinen zylindrisches Modulgehäuse, das eine Außenfläche und eine Innenfläche definiert, wobei das Modulgehäuse ein offenes Ende und ein dem offenen Ende gegenüberliegendes geschlossenes Ende aufweist und mehrere darin ausgebildete Kühlmittelöffnungen enthält; eine Motoranordnung, die innerhalb des Modulgehäuses angeordnet ist, wobei die Modulanordnung umfasst: einen Stator; einen vom Stator umgebenen Rotor; wobei die Außenfläche des Modulgehäuses und die Oberfläche des Getriebegehäuses dazwischen einen ringförmigen Hohlraum definieren, der mit den mehreren Kühlmittelöffnungen in Fluidverbindung steht; und wobei das Kühlmittel im ringförmigen Hohlraum durch die mehreren Kühlmittelöffnungen auf den Stator verteilt wird, um die Motoranordnung zu kühlen.
  2. Hybridgetriebe nach Anspruch 1, wobei die Außenfläche des Modulgehäuses eine erste Angriffsfläche und eine zweite Angriffsfläche aufweist.
  3. Hybridgetriebe nach Anspruch 1, wobei die Außenfläche des Modulgehäuses mehrere O-Ringe aufweist, die dafür eingerichtet sind, den ringförmigen Hohlraum abzudichten.
  4. Hybridgetriebe nach Anspruch 1, wobei das Modulgehäuse eine Ableitung aufweist, die so ausgeführt ist, dass sie das Kühlmittel, das sich innerhalb des Modulgehäuses sammelt, ableitet.
  5. Hybridgetriebe nach Anspruch 1, wobei das Motormodul eine Gehäuseabdeckung aufweist, die am offenen Ende des Modulgehäuses angebracht ist.
  6. Hybridgetriebe nach Anspruch 1, wobei das Getriebegehäuse eine Zugangsöffnung aufweist, durch die das Kühlmittel in den ringförmigen Hohlraum eingeführt wird.
  7. Hybridgetriebe nach Anspruch 1, wobei das Kühlmittel ein Getriebefluid umfasst.
  8. Hybridgetriebe, mit: einem Getriebegehäuse mit einer Oberfläche, die einen Motorhohlraum definiert; einem Motormodul, das im Motorhohlraum des Getriebes angeordnet ist, wobei das Motormodul aufweist: ein im Wesentlichen zylindrisches Modulgehäuse, das eine Außenfläche und eine Innenfläche definiert, wobei das Modulgehäuse ein offenes Ende und ein dem offenen Ende gegen überliegendes geschlossenes Ende aufweist und mehrere Kühlmittelöffnungen enthält; eine Motoranordnung, die innerhalb des Modulgehäuses angeordnet ist, wobei die Motoranordnung umfasst: einen Stator mit mehreren Statorwicklungen in Ausrichtung mit zumindest einer der mehreren Kühlmittelöffnungen; und einen vom Stator umgebenen Rotor; und eine Gehäuseabdeckung, die am offenen Ende des Modulgehäuses angebracht ist; wobei die Außenfläche des Modulgehäuses und die Oberfläche des Getriebegehäuses dazwischen einen ringförmigen Hohlraum definieren, der mit den mehreren Kühlmittelöffnungen in Fluidverbindung steht; und wobei das unter Druck gesetzte Kühlmittel im ringförmigen Hohlraum durch die mehreren Kühlmittelöffnungen auf die Statorwicklung verteilt wird, um die Motoranordnung zu kühlen.
  9. Hybridgetriebe nach Anspruch 8, wobei die Außenfläche des Modulgehäuses eine erste Angriffsfläche und eine zweite Angriffsfläche aufweist.
  10. Hybridgetriebe nach Anspruch 8, wobei die Außenfläche des Modulgehäuses mehrere O-Ringe aufweist, die dafür eingerichtet sind, den ringförmigen Hohlraum abzudichten.
  11. Hybridgetriebe nach Anspruch 8, wobei das Modulgehäuse eine Ableitung definiert, die dafür ausgelegt ist, das Kühlmittel abzuleiten, das sich innerhalb des Modulgehäuses sammelt.
  12. Hybridgetriebe nach Anspruch 8, wobei das Getriebegehäuse eine Zugangsöffnung aufweist, durch die das unter Druck gesetzte Kühlmittel in den ringförmigen Hohlraum eingeführt wird.
  13. Hybridgetriebe nach Anspruch 8, wobei das unter Druck gesetzte Kühlmittel ein Getriebefluid umfasst.
  14. Verfahren zum Kühlen eines Elektromotors in einem Hybridgetriebe, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Vorsehen eines Motormoduls, welches enthält: ein im Wesentlichen zylindrisches Modulgehäuse, das eine Außenfläche und eine Innenfläche definiert, wobei das Modulgehäuse ein offenes Ende und ein dem offenen Ende gegenüberliegendes geschlossenes Ende aufweist und mehrere Kühlmittelöffnungen enthält; eine Motoranordnung, die innerhalb des Modulgehäuses angeordnet ist, wobei die Motoranordnung umfasst: einen Stator mit mehreren Statorwicklungen in Ausrichtung mit zumindest einer der mehreren Kühlmittelöffnungen; und einen vom Stator umgebenen Rotor; und eine Gehäuseabdeckung, die am offenen Ende des Modulgehäuses angebracht ist; Einbauen des Motormoduls in einen Motorhohlraum eines Getriebegehäuses, so dass ein ringförmiger Hohlraum zwischen der Außenfläche des Modulgehäuses und dem Getriebegehäuse definiert wird; und Einleiten eines Kühlmittels in den ringförmigen Hohlraum, so dass das Kühlmittel durch die mehreren Kühlmittelöffnungen auf den Stator verteilt wird, um die Motoranordnung zu kühlen.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend: Abdichten des ringförmigen Hohlraums.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend: Unterdrucksetzen des Kühlmittels, bevor es in den ringförmigen Hohlraum eingeführt wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend: Ableiten überschüssigen Kühlmittels, das sich innerhalb des Modulgehäuses sammelt.
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