DE102005011890A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen eines Elektromotors eines Hybridgetriebes - Google Patents
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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 von1 ; -
3 ist eine schematische fragmentarische Querschnittansicht eines hinteren Teils des Getriebes von1 ; -
4 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Gehäuses und einer angebrachten Abdeckung für ein Motormodul, das im Getriebe von1 genutzt wird; und -
5 ist eine schematische Querschnittansicht eines vorderen Teils des Getriebes von1 . - BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Bezugnehmend auf die Zeichnungen, worin gleiche Bezugsziffern auf gleiche Komponenten verweisen, zeigt
1 die obere Hälfte eines Getriebes10 im Querschnitt. Die untere Hälfte des Getriebes (nicht dargestellt) ist auf der gegenüberliegenden Seite der Mittelachse12 angeordnet. Ein erstes und zweites Elektromotormodul14 bzw.16 sind um die Mittelachse12 innerhalb des Getriebes10 angeordnet. Eine Hauptwelle20 ist um die Mittelachse12 drehbar in Längsrichtung angeordnet. Mehrere Innenwellen wie z.B. eine Innenwelle22 sind um die Hauptwelle20 konzentrisch angeordnet und gleichfalls um die Mittelachse drehbar. Eine Antriebswelle24 ist vor der Hauptwelle20 angeordnet und dient dazu, Kraft von einer (nicht dargestellten) Antriebsmaschine bzw. einem Motor zum Getriebe10 zu übertragen. Ein Eingriff von einer oder mehr mehrerer Kupplungen, die im Getriebe10 enthalten sind (wobei eine erste, zweite, dritte und vierte Kupplung26 ,28 ,30 bzw. 32 dargestellt sind), verbindet einen oder mehrere eines ersten, zweiten und dritten Planetengetriebesatzes34 ,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-Kupplung42 verwiesen wird, dient dazu, einen Torsionsisolator44 (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 und3 gezeigt ist, sind das erste und zweite Motormodul14 ,16 geschlossene Anordnungen. Die Motormodule14 ,16 enthalten jeweils einen Motor46A bzw.46B . Die Motoren46A ,46B umfassen jeweils einen Rotor48A bzw.48B und einen Stator50A bzw.50B . Der Stator50A enthält Statorwicklungen79A und81A , und ähnlich enthält der Stator50B Statorwicklungen79B und81B . Der Fachmann sollte erkennen, dass die Statorwicklungen79A ,81A ,79B und81B während des Betriebs Wärme erzeugen und daher gekühlt werden müssen, um eine optimale Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der Motoren46A ,46B sicherzustellen. - Die Motoren
46A ,46B sind vorzugsweise innerhalb einer Trommel52A ,52B eingeschlossen, die aus einem im Wesentlichen zylindrischen Modulgehäuse54A ,54B und einer Abdeckung56A ,56B des Modulgehäuses besteht. Jedes Modulgehäuse54A ,54B weist ein offenes Ende58A ,58B auf, das dafür angepasst ist, einen Einsatz des Motors zu erleichtern, und ein geschlossenes Ende60A ,60B . Die Abdeckungen56A ,56B des Modulgehäuses werden jeweils am offenen Ende58A ,58B des Modulgehäuses54A ,54B angebracht, nachdem die Motoren46A ,46B darin jeweils eingesetzt wurden, wie später im Detail beschrieben wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Gehäuse54A ,54B aus geformtem Stahl, und die Abdeckung56A ,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 Gehäuse54B eine Außenfläche62B und eine Innenfläche64B . Die Außenfläche62B ist im Wesentlichen linear mit einem erhabenen Tei166B nahe dem offenen Ende58B des Gehäuses54B . Eine erste Angriffsfläche68B , die dafür angepasst ist, am Getriebegehäuse72B anzugreifen, befindet sich nahe dem geschlossenen Ende60B des Gehäuses54B , und eine zweite Angriffsfläche70B , die dafür angepasst ist, am Getriebegehäuse72B anzugreifen, befindet sich auf dem erhabenen Teil66B der Außenfläche62B . Der Teil der Außenfläche62B zwischen der ersten und zweiten Angriffsfläche steht mit dem Getriebegehäuse72B nicht in Kontakt und definiert, wie im Folgenden im Detail beschrieben wird, teilweise den ringförmigen Hohlraum74 . Um das Gehäuse54B unter Ausnutzung des bevorzugten Formprozesses zu fertigen, kann es notwendig sein, die Angriffsflächen68B ,70B maschinell zu bearbeiten, um gewünschte Toleranzen einzuhalten, die notwendig sind, um das Modulgehäuse54B innerhalb des Getriebes10 richtig einzupassen. Vorteilhafterweise sieht diese Ausführungsform einen Präzisionssitz zwischen dem Gehäuse54B und dem Getriebe10 ohne den Aufwand vor, der erforderlich ist, um die gesamte Außenfläche62B maschinell zu bearbeiten. - Das Getriebegehäuse
72B weist eine Oberfläche76B auf, die einen Motorhohlraum78B definiert, der dafür eingerichtet ist, das Modulgehäuse54B aufzunehmen. Die Hohlraumoberfläche76B weist vorzugsweise einen Steigungswinkel (engl. draft angle) von ungefähr 3 Grad auf, um einen Einbau des Modulgehäuses54B zu erleichtern. Während des Einbaus greifen die erste und zweite Angriffsfläche68B ,70B des Modulgehäuses54B an der Hohlraumoberfläche76B so an, dass die Fläche, die zwischen der ersten und zweiten Angriffsfläche68B ,70B axial definiert wird und zwischen der Außenfläche62B des Modulgehäuses54B und der Hohlraumoberfläche76B des Getriebegehäuses72b radial definiert wird, den ringförmigen Hohlraum74B ausbildet. Ein (in5 gezeigtes) Kühlmittel100 wird durch eine Zugangsöffnung80B im Getriebegehäuse72B in den ringförmigen Hohlraum74B eingeführt. Das Kühlmittel10 ist vorzugsweise unter Druck gesetzt, um dessen Anwendung auf den Motor76B zu erleichtern; das Kühlmittel100 kann jedoch alternativ dazu unter Verwendung des eigenen Gewichts beaufschlagt bzw. angewendet werden. Das Kühlmittel100 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 Modulgehäuses54B efinieren jeweils eine O-Ringrille82 mit einem darin angeordneten O-Ring84 . Die O-Ringe84 sind so angepasst, dass sie den ringförmigen Hohlraum74B abdichten und eine Leckage des Kühlmittels100 (dargestellt in5 ) verhindern. Die O-Ringe84 helfen auch beim Führen und Zentrieren des Moduls16 in das Getriebegehäuse72B vor einer Befesti gung. Das Modulgehäuse14 der1 und2 weist bauliche Eigenschaften ähnlich den oben für das Motormodul16 beschriebenen auf. - Nach
2 und4 sind um den Umfang des Modulgehäuses54A mehrere Kühlmittelöffnungen90 in Fluidverbindung mit dem ringförmigen Hohlraum74A angeordnet. Das (in5 dargestellte) unter Druck gesetzte Kühlmittel100 im ringförmigen Hohlraum74A wird aus den Kühlmittelöffnungen90 mit einer Rate sprühen, die durch Betrag des Drucks im ringförmigen Hohlraum74A sowie die Größe, Form und Anzahl der Kühlmittelöffnungen90 bestimmt ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine erste Mehrzahl Kühlmittelöffnungen 90 um den Umfang des Modulgehäuses54A in Ausrichtung mit den Statorwicklungen79A angeordnet, und eine zweite Mehrzahl Kühlmittelöffnungen90 ist um den Umfang des Modulgehäuses54A in Ausrichtung mit den Statorwicklungen81A angeordnet, so dass das unter Druck gesetzte Kühlmittel100 direkt auf die Statorwicklungen79A ,81A aufgebracht wird, um den Motor46A zu kühlen. Es sollte jedoch erkannt werden, dass andere Ausführungen der Kühlmittelöffnungen vorstellbar sind. Ein ähnlicher Kühlaufbau ist auf dem Motormodul16 von3 vorgesehen. - Nach
4 und5 sammelt sich das Kühlmittel100 , das in das Gehäuse54A durch die Kühlmittelöffnung90 eingeführt wird, bis dessen Pegel eine Ableitung102 erreicht. Der stationäre Pegel des Kühlmittels100 im Modulgehäuse ist daher durch die Lage der Ableitung102A steuerbar. Es sollte erkannt werden, dass zusätzlich zur Kühlung der Statorwicklungen79A ,81A durch die Anwendung des Kühlmittels100 aus den Öffnungen90 die Statorwicklungen79A ,81A auch durch das im Gehäuse54A gespeicherte akkumulierte Kühlmittel100 gekühlt werden. - Die Gehäuseabdeckung
56A wird vorzugsweise auf das offene Ende58A des Modulgehäuses54A geführt und mit Schrauben106 angeschraubt, so dass die Abdeckung56A abnehmbar ist, falls es zum Beispiel notwendig wird, den Motor46A zu reparieren. Es sollte jedoch erkannt werden, dass die Abdeckung56A alternativ dazu in herkömmlicher Weise am Modulgehäuse54A angebracht werden kann. - Die Gehäuseabdeckung
56A enthält vorzugsweise mehrere, um die Abdeckung radial beabstandete Montagenasen104 , die ermöglichen, dass das Modulgehäuse14 an das Hauptgehäuse72A des Getriebes geschraubt wird. Die Montagenasen104 liefern eine einfach zugängliche Befestigung und erleichtern die Aufnahme eines Statordrehmoments durch das Getriebegehäuse72A . Das zweite Motormodul16 der1 und3 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)
- 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.
- Hybridgetriebe nach Anspruch 1, wobei die Außenfläche des Modulgehäuses eine erste Angriffsfläche und eine zweite Angriffsfläche aufweist.
- Hybridgetriebe nach Anspruch 1, wobei die Außenfläche des Modulgehäuses mehrere O-Ringe aufweist, die dafür eingerichtet sind, den ringförmigen Hohlraum abzudichten.
- 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.
- Hybridgetriebe nach Anspruch 1, wobei das Motormodul eine Gehäuseabdeckung aufweist, die am offenen Ende des Modulgehäuses angebracht ist.
- Hybridgetriebe nach Anspruch 1, wobei das Getriebegehäuse eine Zugangsöffnung aufweist, durch die das Kühlmittel in den ringförmigen Hohlraum eingeführt wird.
- Hybridgetriebe nach Anspruch 1, wobei das Kühlmittel ein Getriebefluid umfasst.
- 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.
- Hybridgetriebe nach Anspruch 8, wobei die Außenfläche des Modulgehäuses eine erste Angriffsfläche und eine zweite Angriffsfläche aufweist.
- Hybridgetriebe nach Anspruch 8, wobei die Außenfläche des Modulgehäuses mehrere O-Ringe aufweist, die dafür eingerichtet sind, den ringförmigen Hohlraum abzudichten.
- Hybridgetriebe nach Anspruch 8, wobei das Modulgehäuse eine Ableitung definiert, die dafür ausgelegt ist, das Kühlmittel abzuleiten, das sich innerhalb des Modulgehäuses sammelt.
- Hybridgetriebe nach Anspruch 8, wobei das Getriebegehäuse eine Zugangsöffnung aufweist, durch die das unter Druck gesetzte Kühlmittel in den ringförmigen Hohlraum eingeführt wird.
- Hybridgetriebe nach Anspruch 8, wobei das unter Druck gesetzte Kühlmittel ein Getriebefluid umfasst.
- 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.
- Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend: Abdichten des ringförmigen Hohlraums.
- Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend: Unterdrucksetzen des Kühlmittels, bevor es in den ringförmigen Hohlraum eingeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend: Ableiten überschüssigen Kühlmittels, das sich innerhalb des Modulgehäuses sammelt.
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