DE102005034654A1 - Konstruktives Stützelement zum Halten eines Stators und Verfahren zum Zusammenbauen eines Getriebes - Google Patents

Konstruktives Stützelement zum Halten eines Stators und Verfahren zum Zusammenbauen eines Getriebes Download PDF

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Abstract

Ein elektromechanisches Getriebe, das einen Motor/Generator mit einem Stator und einem Rotor einschließlich eines konstruktiven Stützelements, das wenigstens teilweise den Stator in einer festen Beziehung zu ihm und den Rotor in einer rotatorischen Beziehung zu ihm unterstützt, aufweist. Indem sowohl der Stator als auch der Rotor unterstützt werden, steuert das konstruktive Steuerelement eine räumliche Beziehung (d. h. den Spalt, in dem ein Magnetfeld erzeugt wird) zwischen dem Stator und dem Rotor.

Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf die Unterstützung und den Zusammenbau eines Motors/Generators für ein elektromechanisches Getriebe.
  • Ein elektromechanisches Hybrid-Fahrzeuggetriebe verwendet interaktive Planetengetriebeanordnungen, die mit einem Motor (einer Brennkraftmaschine) und zwei Motoren/Generatoren funktional verbunden sind. Die wahlweise Verwendung von Drehmomentübertragungsvorrichtungen ermöglicht eine Leistungsübertragung über Planetengetriebeanordnungen von dem Motor und/oder den Motoren/Generatoren zu dem Ausgangselement des Getriebes.
  • Eine Kraftübertragung in einem elektromechanischen Getriebe ist in der gemeinsam übertragenen vorläufigen US-Anmeldung Nr. 60/590,427 mit dem Titel "Electrically Variable Transmission with Selective Fixed Ratio Operation", eingereicht am 22. Juli 2004, die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Verweis aufgenommen ist, beschrieben.
  • Motoren/Generatoren in einem elektromechanischen Getriebe werden im Allgemeinen durch Leiten von Getriebefluid von einer Fluidquelle wie etwa einer Pumpe zu den Motoren/Generatoren gekühlt. Ein Kühlsystem, das ein Minimum an zusätzlicher maschineller Bearbeitung, zusätzlichen Zusammenbauschritten und zusätzlichen Komponenten sowie eine minimale oder keine vermehrte Pumpenförderleistung erfordert, ist wünschenswert.
  • Die Erfindung schafft eine neuartige Stator- und Rotorunterstützung und -verpackung, die einzuverlässiges Positionieren des Stators und des Rotors mit minimaler relativer Veränderung ermöglicht. Gemäß der Erfindung umfasst ein elektromechanisches Getriebe einen Motor/Generator mit einem Stator und einem Rotor einschließlich eines konstruktiven Stützelements, das wenigstens teilweise den Stator in einer festen Beziehung und den Rotor in einer rotatorischen Beziehung unterstützt. Indem sowohl der Stator als auch der Rotor unterstützt werden, steuert das konstruktive Stützelement eine räumliche Beziehung (d. h. den Spalt, in dem ein Magnetfeld erzeugt wird und der eine Relativbewegung ermöglicht) zwischen dem Stator und dem Rotor.
  • In einem Aspekt der Erfindung ist das Stützelement ein Stirndeckel, der den Rotor und den Stator in einem Innenraum des Getriebes teilweise umschließt. Alternativ kann das konstruktive Stützelement eine mittige Unterstützung bzw. ein Zwischenlager sein, das sich in dem Innenraum befindet, um einen weiter innen liegenden Motor/Generator zu unterstützen. Ein konstruktives Stützelement des Stirndeckeltyps und ein Stützelement des Zwischenlagertyps können zusammen in einem Getriebe verwendet werden, um jeweils einen Stator und einen Rotor eines ersten bzw. eines zweiten Motors/Generators zu unterstützen. In diesem Fall können das Stützelement des Stirndeckeltyps und das Stützelement des Zwischenlagertyps jeweils Rotornaben der Motoren/Generatoren bezüglich eines gemeinsamen Fundamentierungselements wie etwa einem Getriebe gehäuse unterstützen. Da die Rotornaben bezüglich eines gemeinsamen Fundamentierungselements unterstützt werden, sind die von den beiden Motoren resultierenden Radiallasten ausgeglichen.
  • In einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Rotornabe, die mit dem Rotor verbunden ist und sich mit diesem dreht, wenigstens teilweise durch das konstruktive Stützelement unterstützt. Vorzugsweise ist zwischen dem konstruktiven Stützelement und der Rotornabe ein Lager angeordnet. Daher hängt der Spalt, in dem das Magnetfeld zwischen dem Stator und dem Rotor erzeugt wird, nur von den Dimensionstoleranzen des konstruktiven Stützelements, des Stators, des Rotors der Rotornabe und dem Lager ab.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das konstruktive Stützelement aus Eisen gefertigt. Da ein Abschnitt des konstruktiven Stützelements in Bezug auf den Stator radial innen liegend angeordnet ist und ein Abschnitt in Bezug auf den Rotor radial außen liegend angeordnet ist, verstärken die Zusatzmagnete aus Eisen in dem Stator die Magnetizität des Motors/Generators und erhöhen dadurch die Drehmomentleistung. Da das konstruktive Stützelement aus Eisen dieselben Wärmeausdehnungseigenschaften wie das Eisen in den Motoren hat, wird außerdem trotz Wärmeausdehnung die räumliche Beziehung des Stators zu dem Rotor beibehalten.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine ringförmige Statorunterstützung starr mit dem konstruktiven Stützelement verbunden und wird durch dieses unterstützt. Der Stator wird durch die ringförmige Statorunterstützung unterstützt. Die ringförmige Statorunterstützung ist in Bezug auf den Stator radial außen liegend angeordnet. Wenigstens ein Abschnitt des konstruktiven Stützelements ist in Bezug auf den Rotor radial innen liegend angeordnet. Vorzugsweise sind sowohl das ringförmige Statorunterstützungselement als auch das konstruktive Stützelement aus Eisen, um, wie oben beschrieben worden ist, die Magnetizität und die Drehmomentleistung des Motors/Generators zu erhöhen.
  • Die Erfindung schafft außerdem ein Motor/Generator-Modul, das vor der Anbringung des restlichen Getriebes vormontiert werden kann. Das Modul umfasst das konstruktive Stützelement, den Stator, den Rotor und die Rotornabe. Durch Vormontage dieser Komponenten ist der Spalt festgelegt und kann vor dem endgültigen Einbau des Moduls zu Ausgleichszwecken leichter inspiziert werden.
  • Ein Verfahren zum Zusammenbauen eines elektromechanischen Getriebes umfasst das Vorsehen des konstruktiven Stützelements, der Rotornabe und des Lagers. Die Rotornabe ist mit dem konstruktiven Stützelement in einer rotatorischen Beziehung verbunden, wobei das Lager zwischen dem konstruktiven Stützelement und der Rotornabe angeordnet ist. Der Rotor ist mit der Rotornabe verbunden. Der Stator ist in das konstruktive Stützelement eingepresst, um ein Motor/Generator-Modul zu bilden. Das gesamte Modul wird dann auf eine Welle des Getriebes geführt.
    •
  • Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen zeigen:
  • 1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines elektrischen/mechanischen Hybrid-Getriebes in einer fragmentarischen Ansicht;
  • 2 eine schematische Querschnittsdarstellung des Getriebes von 1 einschließlich eines Stirndeckels und eines Motorkühlsystems in einer fragmentarischen Ansicht;
  • 3 eine schematische, teilweise Querschnittsdarstellung eines Abschnitts des Motorkühlsystems von 1 in einer fragmentarischen Ansicht; und
  • 4 eine schematische, teilweise Querschnittsdarstellung einer zweiten Ausführungsform eines elektrischen/mechanischen Hybrid-Getriebes in einer fragmentarischen Ansicht.
  • Erste beispielhafte Ausführungsform
  • Motorkühlsys
  • In der Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten bezeichnen, zeigt 1 ein Fahrzeug 10 mit einem elektromechanischen Getriebe 11. Um eine Mittelachse 14 ist eine Eingangswelle 12 angeordnet, die betätigt werden kann, um Leistung von einem nicht gezeigten Motor (einer Brennkraftmaschine) zu dem Getriebe 11 zu übertragen. Eine Hauptwelle 16 ist longitudinal angeordnet und um die Mittelachse 14 drehbar und kann mit der Eingangswelle 12 in Eingriff gelangen. Das Einrücken einer oder mehrerer Kupplungen wie etwa der Kupplung 15 verbindet einen oder mehrere Planetenradsätze wie etwa den Planetenradsatz 17, um Leistung bei wechselnden Verhältnissen an ein Ausgangselement 18 zu übertragen. Zwei Elektromotoren/Generatoren 20A und 20B sind koaxial um die Mittelachse 14 orientiert. Jeder Motor/Generator 20A, 20B kann wahlweise mit einem Element eines der Planetenradsätze funktional verbunden werden, um einen Bereich kontinuierlich veränderlicher Übersetzungsverhältnisse zwischen der Eingangswelle 12 und dem Ausgangselement 18 zu ergeben, was Fachleute leicht begreifen werden. Jeder der Motoren/Generatoren 20A, 20B enthält jeweils einen im Allgemeinen ringförmigen Stator 22A bzw. 22B und einen im Allgemeinen ringförmigen Rotor 24A bzw. 24B, der sich in Bezug auf den entsprechenden Stator 22A, 22B drehen kann. Bezüglich der Hauptwelle 16 ist ein Stirndeckel 26 angebracht. Der Stirndeckel 26 umgibt teilweise die Motoren/Generatoren 20A, 20B innerhalb eines Innenraums 28, wobei er diesen teilweise definiert. Der Stirndeckel 26 wirkt mit einem ersten Abschnitt 30 eines Gehäuseelements (d. h. einem oberen Abschnitt eines Getriebegehäuses) und einem zweiten Abschnitt 32 des Gehäuseelements (d. h. einem unteren Abschnitt des Getriebegehäuses) zusammen, um die Motoren/Generatoren 20A 20B innerhalb des Innenraums 28 weiter zu umgeben. Ein O-Ring 33 trägt dazu bei, die Grenzfläche zwischen dem Stirndeckel 26 und dem ersten und dem zweiten Abschnitt 30, 32 des Gehäuseelements abzudichten.
  • Wie in 2 gezeigt ist, ist der Stirndeckel 26 mit einer ersten und einer zweiten ringförmigen Vertiefung 34 bzw. 36 ausgebildet. Ferner ist ein erster Strömungskanal 38 durch den Stirndeckel 26 gebohrt, um eine Fluidverbindung zwischen der ersten ringförmigen Vertiefung 34 und einem zweiten Strömungskanal 40, der in dem ersten Abschnitt 30 des Gehäuseelements ausgebildet ist, herzustellen. Ein Ventilkörper 42 steht mit einer Fluidquelle wie etwa einer (nicht gezeigten) Pumpe in Fluidverbindung und ist dazu geeignet, mit Druck beaufschlagtes Fluid durch den zweiten Strömungskanal 40 an den ersten Strömungskanal 38 abzugeben, von dem das Fluid zu der ersten ringförmigen Vertiefung 34 strömt. Zum Zweck der Veranschaulichung ist der Ventilkörper 42 direkt an den zweiten Strömungskanal 40 in dem Gehäusehohlraum 43 angrenzend gezeigt; jedoch kann der Ventilkörper 42 weiter entfernt angeordnet und über Hydraulikkanäle mit dem zweiten Strömungskanal 40 verbunden sein. Außerdem kann sich die Fluidquelle oder Pumpe irgendwo an dem Fahrzeug befinden und mit dem Ventilkörper 42 durch Fluid verbunden sein, wie Fachleuten klar ist.
  • Wie in 3 besser zu erkennen ist, ist eine ringförmige Hülse 44A auf eine Innenfläche 45 des Stirndeckels 26 aufgepresst. Die ringförmige Hülse 44A weist mehrere in Umfangsrichtung beabstandete radiale Öffnungen 46A auf, die eine Fluidverbindung zwischen der ersten ringförmigen Vertiefung 34 und dem Innenraum 28 ermöglichen. Genauer leiten die in Umfangsrichtung beabstandeten radialen Öffnungen 46A Fluid auf die Statorwicklungen 48B des Stators 22B an einem ersten Ende (d. h. auf der linken Seite), um die Wicklungen 48B zu kühlen. Die in Umfangsrichtung beabstandeten radialen Öffnungen 46A können so gestaltet sein, dass sie das Fluid in Form eines Nebels über den Statorwicklungen 48B anbieten (z. B. durch Verändern des Durchmessers der Öffnungen oder durch Verjüngen der Öffnungen), um einen mit einem Hochgeschwindigkeits-Fluidsprühstrahl verbundenen Verschleiß zu vermeiden. Alternativ können Düsen in die radial beabstandeten Öffnungen 46A eingesetzt und so gestaltet sein, dass sie das Fluid in Form eines Nebels anbieten. Eine nochmals weitere Alternative besteht darin, einen Abweiser 49 mit dem Stirndeckel 26 oder der ringförmigen Hülse 44A zu verbinden, um Fluid, das aus den in Umfangsrichtung beabstandeten radialen Öffnungen 46A strömt, abzulenken und dadurch die Geschwindigkeit des Fluids herabzusetzen, bevor es mit den Wicklungen 48B in Berührung kommt. Der Abweiser 49 kann ein Stahlflansch sein. Es kann ein einziger ringförmiger Abweiser verwendet werden, oder es können separate Abweiser 49 unter den einzelnen in Umfangsrichtung beabstandeten radialen Öffnungen 46A angeordnet sein.
  • Wie in 2 weiter gezeigt ist, steht die zweite ringförmige Vertiefung 36 mit dem zweiten Strömungskanal 40 in Fluidverbindung. Ferner ist in dem Stirndeckel 26 eine zweite Gruppe von in Umfangsrichtung beabstandeten radialen Öffnungen 46B ausgebildet, derart, dass sie mit der zweiten ringförmigen Vertiefung 36 in Fluidverbindung stehen. Mit Druck beaufschlagtes Fluid von der Fluidquelle strömt von dem Ventilkörper 42 durch den zweiten Strömungskanal 40 und die zweite ringförmige Vertiefung 36 zu den in Umfangsrichtung beabstandeten radialen Öffnungen 46B und auf die Statorwicklungen 50B an einem zweiten Ende (d. h. auf der rechten Seite), um sie zu kühlen. Wie bei der ersten Gruppe von in Umfangsrichtung beabstandeten radialen Öffnungen 46A kann die zweite Gruppe von in Umfangsrichtung beabstandeten radialen Öffnungen 46B so gestaltet sein, dass sie den Statorwicklungen 50B an dem zweiten Ende Fluid in Form eines Nebels zuführt.
  • Ein Zwischenlager 54, das den Stator 22A unterstützt, wie weiter unten beschrieben wird, wird bezüglich der Hauptwelle 16 starr um die Mittelachse 14 unterstützt. In dem Zwischenlager 54 ist ein dritter Strömungskanal 56 ausgebildet, der mit dem Ventilkörper 42 durch einen vierten Strömungskanal 58, der in dem ersten Abschnitt 30 des Getriebegehäuses ausgebildet ist, in Fluidverbindung steht. Über den dritten und den vierten Strömungskanal 56, 58 wird den Statorwicklungen 48A des Stators 22A an dem ersten Ende (d. h. auf der linken Seite) Kühlfluid zugeführt. Eine in das Zwischenlager 54 gebohrte Bohrung 55 schneidet einen ringförmigen Hohlraum 57. In den Hohlraum 57 ist eine ringförmige Platte 59 mit einer Ausflussöffnung 61 eingepresst. Aus dem dritten Kanal 56 strömt Fluid in die Bohrung 55, in den Hohlraum 57 und durch die Ausflussöffnung 61, um die Statorwicklungen 48A an dem ersten Ende zu kühlen. Das Zwischenlager 54 ist mit einer dritten ringförmigen Vertiefung 60 ausgebildet, die mit einer dritten Gruppe von in Umfangsrichtung beabstandeten radialen Öffnungen 62 in Fluidverbindung steht, die ebenfalls in dem Zwischenlager 54 ausgebildet sind. Statorwicklungen 50A des Stators 22A an einem zweiten Ende (d. h. auf der rechten Seite) wird von dem Ventilkörper 42 über einen fünften Strömungskanal 64, der mit der dritten ringförmigen Vertiefung 60 in Fluidverbindung steht, und durch die dritte Gruppe von in Umfangsrichtung beabstandeten radialen Öffnungen 62 Kühlfluid zugeführt.
  • Wie in den 2-3 gezeigt ist, enthält ein Motorkühlsystem 66 für den Motor/Generator 20B den Stirndeckel 26, der den ersten Strömungskanal 38 aufweist und mit der ersten und der zweiten ringförmigen Vertiefung 34 bzw. 36 ausgebildet ist. Ferner kann das Motorkühlsystem 66 die ringförmige Hülse 44A enthalten, die die erste Gruppe von in Umfangsrichtung beabstandeten radialen Öffnungen 46A zum Kühlen der Statorwicklungen 48B auf der linken Seite aufweist. Das Motorkühlsystem 66 kann außerdem die zweite Gruppe von in Umfangsrichtung beabstandeten radialen Öffnungen 46B enthalten, die in dem Stirndeckel 26 ausgebildet ist, um eine Fluidverbindung zwischen der zweiten ringförmigen Vertiefung 36 und den Statorwicklungen 50B auf der rechten Seite herzustellen, um diese mittels Fluid, das von einer Fluidquelle bereitgestellt wird, zu kühlen.
  • Statorunterstützung und Motor/Generator-Verpackungsmodul
  • Wie in 2 gezeigt ist, umfasst der Stator 22B mehrere segmentierte Abschnitte (wovon ein Abschnitt gezeigt ist), die um eine Innenfläche 68 des Stirndeckels 26 beabstandet sind. Fachleute werden die Segmentnatur des Stators 22B leicht begreifen. Die Innenfläche 68 des Stirndeckels 26 kann mit Schlitzen versehen sein, die mit Verlängerungen an den segmentierten Abschnitten des Stators 22B koordinieren, um die Segmente mit dem Stirndeckel 26 fest zu verbinden.
  • Eine erste Rotornabe 70B, die mit der Hauptwelle 16 verschweißt ist, wird durch den Stirndeckel 26 in einem Lager 72B drehbar unterstützt. Der Rotor 24B ist mit der ersten Rotornabe 70B starr verbunden und mit dieser in Bezug auf den Stirndeckel 26 drehbar. Zwischen dem Stator 22B und dem Rotor 24B ist ein Spalt 74B geschaffen, der durch die radialen Abmessungen des Rotors 24B und des Stators 22B sowie durch den Abstand zwischen einer Außenfläche 76 der ersten Rotornabe 70B und der Innenfläche 68 des Stirndeckels 26 gesteuert wird. Da die Rotornabe 70B in dem Wellenlager 72B angebracht und durch den Stirndeckel 26, der auch die Innenfläche 68 bildet, unterstützt wird, wird die durch die Bautoleranzen bedingte Veränderlichkeit des Spalts 74B minimiert (d. h., dass die Abmessungen eines Elements, des Stirndeckels 26, die Positionierung und das dimensionsbezogene Spiel an beiden Enden (der Außenfläche 76 der ersten Rotornabe 70B und der Innenfläche 68 des Stirndeckels 26) den Raum, in dem der Motor/Generator 20B untergebracht ist, beeinflussen).
  • Der Stator 22A umfasst mehrere segmentierte Abschnitte, die um eine Innenfläche 78 des Zwischenlagerelements 54 beabstandet sind. Die Innenfläche 78 des Zwischenlagerelements 54 kann mit Schlitzen versehen sein, die mit Verlängerungen an den segmentierten Abschnitten des Stators 22A koordinieren, um die Segmente mit dem Zwischenlagerelement 54 fest zu verbinden.
  • Eine zweite Rotornabe 70A besteht aus einem äußeren Abschnitt 71 und einem inneren Abschnitt 73, die verschweißt sind. Der Rotor 24A ist mit der zweiten Rotornabe 70A starr verbunden und mit dieser in Bezug auf das Zwischenlager 54 drehbar. Die zweite Rotornabe 70A wird durch das Zwischenlager 54 teilweise in einem Lager 72A unterstützt. Zwischen dem Stator 22A und dem Rotor 24A ist ein Spalt 74A geschaffen, der durch die radialen Abmessungen des Rotors 24A und des Stators 22A sowie durch den Abstand zwischen einer Außenfläche 80 der zweiten Rotornabe 70A und der Innenfläche 78 des Zwischenlagers 54 gesteuert wird. Da die zweite Rotornabe 70A durch das Zwischenlagerelement 54 unterstützt wird, beeinflussen die Abmessungen einer Komponente (des Zwischenlagerelements 54) die Positionierung und das dimensionsbezogene Spiel an beiden Enden (d. h. der Innenseite 78 des Zwischenlagerelement 54 und der Außenfläche 80 der Rotornabe 70A) den Raum, in dem der Motor/Generator 20A untergebracht ist.
  • Eine Unterstützung des Rotors 24B wird ferner durch das Lager 75B bewirkt, das zwischen der Welle 16 und der Rotornabe 70A angeordnet ist, da das Gewicht des Motors 20B und der Rotornabe 70B aufgrund dessen, dass die Rotornabe 70B mit der Welle 16 verschweißt ist, auf die Welle 16 verteilt wird. Ähnlich wird eine Unterstützung des Rotors 24A ferner durch das Wellenlager 75A bewirkt, das zwischen der Rotornabe 70A und dem Zwischenlager 54 angeordnet ist. Folglich ist die Unterstützung der Rotoren 24A, 24B eine einseitig einspannende Unterstützung, anstatt auf beiden Seiten jedes Rotors vorgesehen zu sein, wie es üblicherweise geschieht. Die Rotoren 24A, 24B werden beide durch ein gemeinsames Element, die Welle 16, fundamentiert oder stabilisiert. Der Rotor 24A wird durch die Welle 16 stabilisiert, da die Rotornabe 70B mit dieser verschweißt ist. Der Rotor 24B wird durch die Welle 16 über das Wellenlager 75B stabilisiert. Indem die Rotoren 24A, 24B durch ein gemeinsames Element (die Welle 16) unterstützt werden, wird eine unbeabsichtigte Abweichung zwischen den Rotoren 24A, 24B minimiert.
  • Da bei jedem Motor/Generator 20A und 20B der Rotor 24A, 24B und der Stator 22A, 22B durch ein gemeinsames Element (das Zwischenlager 54 bzw. den Stirndeckel 26) unterstützt werden, ermöglicht die Erfindung vor dem Zusammenbau mit dem Getriebe 11 ein einfaches vorheriges Verpacken jedes Motors/Generators 20A, 20B als Modul. Das Motor/Generator-Modul 82 für den Motor/Generator 20B umfasst den Stirndeckel 26, in dessen Innenfläche 68 der Stator 22B eingepasst wird. Der Rotor 24B wird mit der Rotornabe 70B starr verbunden, die dann in dem Lager 72B in den Stirndeckel 26 eingepasst wird. Das gesamte Modul 82 (der Stirndeckel 26, der Stator 22B, der Rotor 24B, das Lager 72B und die Rotornabe 70B) kann dann auf die Welle 16 geführt und als Einheit mit dieser verschweißt werden. Ähnlich umfasst das Motor/Generator-Modul 84 für den Motor/Generator 20A das Zwischenlager 54, in dessen Innenfläche 78 der Stator 22A eingepasst wird. Der Rotor 24A wird mit der Rotornabe 70A starr verbunden, die dann in dem Lager 72A und dem Lager 75A in das Zwischenlager 54 eingepasst wird. Das gesamte Modul 84 (das das Zwischenlager 54, den Stator 22A, den Rotor 24A und die Rotornabe 70A umfasst) kann dann als Einheit über das Lager 75B auf die Welle 16 geführt werden.
  • Der Stirndeckel 26 sowie das Zwischenlager 54 können aus Eisen sein. Indem diese Komponenten aus Eisen gebildet werden, kann die Magnetizität der Motoren/Generatoren 20A und 20B verstärkt werden, da das Eisen in dem Stirndeckel 26 und dem Zwischenlager 54 (die beide oberhalb der Statoren und unterhalb der Rotoren angeordnet sind) die Magnete in den jeweiligen Motoren/Generatoren 20B, 20A ergänzt, so das die Drehmomentleistung zunimmt.
  • Zweite beispielhafte Ausführungsform Motorkühlsystem
  • Wie in 4 gezeigt ist, umfasst ein Fahrzeug 10' ein elektromechanisches Getriebe 11'. Um eine Mittelachse 14' ist eine Eingangswelle 12' angeordnet, die betätigt werden kann, um Leistung von einem nicht gezeigten Motor (einer Brennkraftmaschine) zu dem Getriebe 11' zu übertragen. Eine Hauptwelle 16' ist longitudinal angeordnet und um die Mittelachse 14' drehbar und kann mit der Eingangswelle 12' in Eingriff gelangen. Das Einrücken einer oder mehrerer Kupplungen wie etwa der Kupplung 15' verbindet einen oder mehrere Planetenradsätze wie etwa den Planetenradsatz 17', um Leistung bei wechselnden Verhältnissen an ein Ausgangselement (das nicht gezeigt ist, jedoch ähnlich wie das Ausgangselement 18 von 1 gelegen ist) zu übertragen. Zwei Elektromotoren/Generatoren 20A' und 20B' sind koaxial um die Mittelachse 14' orientiert. Jeder Motor/Generator 20A', 20B' kann wahlweise mit einem Element eines der Planetenradsätze funktional verbunden werden, um einen Bereich kontinuierlich veränderlicher Übersetzungsverhältnisse zwischen der Eingangswelle 12' und dem Ausgangselement zu ergeben, was Fachleute leicht begreifen werden. Jeder der Motoren/Generatoren 20A', 20B' enthält einen im Allgemeinen ringförmigen Stator 22A' bzw. 22B' und einen im Allgemeinen ringförmigen Rotor 24A' bzw. 24B', der sich in Bezug auf den entsprechenden Stator 22A', 22B' drehen kann. Bezüglich der Hauptwelle 16' ist ein Stirndeckel 26' angebracht. Der Stirndeckel 26' umgibt teilweise die Motoren/Generatoren 20A', 20B' innerhalb eines Innenraums 28', wobei er diesen teilweise definiert. Der Stirndeckel 26' umfasst eine erste ringförmige Statorunterstützung 86A'. Die Statorunterstützung 86A' ist mit einem Bolzen 89 an den Stirndeckel 26' angeschraubt und wirkt mit einem ersten Abschnitt 30' eines Gehäuseele ments (d. h. einem oberen Abschnitt eines Getriebegehäuses) und einem zweiten Abschnitt 32' des Gehäuseelements (d. h. einem unteren Abschnitt des Getriebegehäuses) zusammen, um die Motoren/Generatoren 20A', 20B' in dem Innenraum 28' weiter zu umgeben. Die erste ringförmige Statorunterstützung 86A' ist mit einem eingekerbten Abschnitt 87 ausgebildet, der das Positionieren des Stators 22B' unterstützt. Der Stator 22B' wird an dem eingekerbten Abschnitt 87 an Ort und Stelle gehalten, um eine Bewegung des Stators 22B' infolge magnetischer Kräfte zu verhindern.
  • Die erste ringförmige Statorunterstützung 86A' ist mit einer ringförmigen Vertiefung 36' ausgebildet. Ferner ist in dem ersten Abschnitt 30' des Gehäuseelements ein Strömungskanal 40' ausgebildet. Ein Ventilkörper 42' steht mit einer Fluidquelle wie etwa einer (nicht gezeigten) Pumpe in Fluidverbindung und ist dazu geeignet, mit Druck beaufschlagtes Fluid über den zweiten Strömungskanal 40' an die ringförmige Vertiefung 36' abzugeben. Zum Zweck der Veranschaulichung ist der Ventilkörper 42' direkt an den Strömungskanal 40' angrenzend gezeigt; jedoch kann der Ventilkörper 42' weiter entfernt angeordnet und über Hydraulikkanäle mit dem Strömungskanal 40' verbunden sein. Zwischen dem ersten Abschnitt des Gehäuses 30' und der ersten ringförmigen Statorunterstützung 86A' ist ein O-Ring 33' angeordnet, der dazu beiträgt. ein Entweichen von Fluid aus dem zwischen der ringförmigen Vertiefung 36' und dem ersten Abschnitt 30' des Gehäuses gebildeten Raum zu verhindern. Außerdem kann sich die Fluidquelle oder Pumpe irgendwo an dem Fahrzeug befinden und mit dem Ventilkörper 42' durch Fluid verbunden sein, wie Fachleuten klar ist.
  • In der ersten ringförmigen Statorunterstützung 86A' sind mehrere in Umfangsrichtung beabstandete radiale Öffnungen 46A' ausgebildet, die eine Fluidverbindung zwischen der ringförmigen Vertiefung 36' und dem Innenraum 28' ermöglichen. Genauer leiten die in Umfangsrichtung beabstandeten radialen Öffnungen 46A' Fluid auf die Statorwicklungen 48B' des Stators 22B' an einem ersten Ende (d. h. auf der linken Seite), um die Wicklungen 48B' zu kühlen. Die in Umfangsrichtung beabstandeten radialen Öffnungen 46A' können so gestaltet sein, dass sie das Fluid in Form eines Nebels über den Statorwicklungen 48B' anbieten (z. B. durch Verändern des Durchmessers der Öffnungen oder durch Verjüngen der Öffnungen), um einen mit einem Hochgeschwindigkeits-Fluidsprühstrahl verbundenen Verschleiß zu vermeiden. Alternativ können Düsen in die radial beabstandeten Öffnungen 46A' eingesetzt und so gestaltet sein, dass sie das Fluid in Form eines Nebels anbieten. Eine nochmals weitere Alternative besteht darin, einen Abweiser mit dem Stirndeckel 26' oder der ersten Statorunterstützung 86A' zu verbinden, der der Positionierung des Abweisers 49 von 3 ähnlich in der Nähe der in Umfangsrichtung beabstandeten radialen Öffnungen 46A' positioniert ist, um Fluid, das aus den in Umfangsrichtung beabstandeten radialen Öffnungen 46A' strömt, abzulenken und dadurch die Geschwindigkeit des Fluids herabzusetzen, bevor es mit den Wicklungen 48B' in Berührung kommt. Der Abweiser kann ein Stahlflansch sein. Es kann ein einziger ringförmiger Abweiser verwendet werden, oder es kann unter jeder einzelnen in Umfangsrichtung beabstandeten radialen Öffnung 46A' ein separater Abweiser angeordnet sein.
  • In der ersten ringförmigen Statorunterstützung 86A' ist eine zweite Gruppe von in Umfangsrichtung beabstandeten radialen Öffnungen 46B' ausgebildet, derart, dass sie mit der ringförmigen Vertiefung 36' in Fluidverbindung stehen. Mit Druck beaufschlagtes Fluid von der Fluidquelle strömt von dem Ventilkörper 42' durch den Strömungskanal 40' und die ringförmige Vertiefung 36' zu den in Umfangsrichtung beabstandeten radialen Öffnungen 46B' und auf die Statorwicklungen 50B' an einem zweiten Ende (d. h. auf der rechten Seite), um sie zu kühlen. Wie bei der ersten Gruppe von in Umfangsrichtung beabstandeten radialen Öffnungen 46A' kann die zweite Gruppe von in Umfangsrichtung beabstandeten radialen Öffnungen 46B' so gestaltet sein, dass sie den Statorwicklungen 50B' an dem zweiten Ende Fluid in Form eines Nebels zuführt.
  • Ein Zwischenlager 54' wird bezüglich der Hauptwelle 16' starr um die Mittelachse 14' unterstützt. Eine zweite ringförmige Statorunterstützung 86B' ist mit einem Stützelement 88 verschweißt, das seinerseits über 90A und 90B mit dem Zwischenlager 54' verschraubt ist. Der Bolzen 90A verbindet außerdem sowohl das Stützelement 88 als auch die zweite ringförmige Statorunterstützung 86B' mit dem ersten Abschnitt 30' des Gehäuseelements. Alternativ können die zweite ringförmige Statorunterstützung 86B' und das Stützelement 88 als eine einheitliche Komponente ausgebildet sein. In dem ersten Abschnitt 30' des Getriebegehäuses sind ein vierter Strömungskanal 58' und ein fünfter Strömungskanal 64' in Fluidverbindung mit dem Ventilkörper 42' ausgebildet. In der zweiten Statorunterstützung 86B' sind ein sechster und ein siebter Strömungskanal 65, 67 in Fluidverbindung mit dem vierten bzw. dem fünften Strömungskanal 58', 64' ausgebildet. Erste und zweite ringförmige Hülsen oder ringförmige Sprühringe 44B, 44C sind an einer Innenfläche 94 des ersten Abschnitts 30' des Gehäuseelements aufgepresst. In den jeweiligen ringförmigen Sprühringen 44C, 44B sind eine dritte Gruppe 62' und eine vierte Gruppe 96 von in Umfangsrichtung beabstandeten radialen Öffnungen ausgebildet, derart, dass sie mit dem siebten bzw. dem sechsten Strömungskanal 67, 65 der zweiten ringförmigen Statorunterstützung 86B' in Fluidverbindung stehen. Über den vierten und den sechsten Strömungskanal 58' und die vierte Gruppe von in Umfangsrichtung beabstandeten radialen Öffnungen 96 wird den Statorwicklungen 48A' des Stators 22A' an dem ersten Ende (d. h. auf der linken Seite) Kühlfluid zugeführt. Statorwicklungen 50A' des Stators 22A' an einem zweiten Ende (d. h. auf der rechten Seite) wird von dem Ventilkörper 42 über einen fünften Strömungskanal 64', der mit dem siebten Strömungskanal 67 in Fluidverbindung steht, durch die dritte Gruppe von in Umfangsrichtung beabstandeten radialen Öffnungen 62' Kühlfluid zugeführt.
  • Ein Motorkühlsystem 66' für den Motor/Generator 20B' enthält die zweite ringförmige Statorunterstützung 86B', die den sechsten und den siebten Strömungskanal 65, 67 aufweist. Ferner kann das Motorkühlsystem 66' die ringförmige Hülsen 44B, 44C enthalten, die die vierte und die dritte Gruppe von in Umfangsrichtung beabstandeten radialen Öffnungen 96, 62' zum Kühlen der Statorwicklungen auf der linken Seite und auf der rechten Seite 48A' bzw. 50A' aufweisen.
  • Um den Motor/Generator 20A' in dem Getriebe 11' zusammenzusetzen, wird das Stützelement 88 mit dem Zwischenlager 54' verschraubt. Die zweite ringförmige Statorunterstützung 86B' wird an der Innenfläche 94 des ersten Abschnitts 30' des Gehäuseelements in dem inneren Hohlraum 28' aufgepresst. Die Ringhülsen 44B, 44C werden an der zweiten ringförmigen Statorunterstützung 86B' aufgepresst. Der Stator 22A' wird dann an der Innenfläche 97B' der zweiten ringförmigen Statorunterstützung 86B' zwischen den Sprühringen 44B, 44C aufgepresst.
  • Statorunterstützung und Motor/Generator-Verpackungsmodul
  • Wie in 4 gezeigt ist, umfasst der Stator 22B' mehrere segmentierte Abschnitte, die um eine Innenfläche 97B der ersten ringförmigen Statorunterstützung 86A' beabstandet sind. Die Innenfläche 97B kann mit Schlitzen versehen sein, die mit Verlängerungen an den segmentierten Abschnitten des Stators 22B' koordinieren, um die Segmente mit der ringförmigen Statorunterstützung 86A' fest zu verbinden.
  • Eine erste Rotornabe 70B', die mit der Hauptwelle 16' verschweißt ist, wird durch den Stirndeckel 26' in einem Lager 72B' drehbar unterstützt. Der Rotor 24B' ist mit der ersten Rotornabe 70B' starr verbunden und mit dieser in Bezug auf den Stirndeckel 26' drehbar. Zwischen dem Stator 22B' und dem Rotor 24B' ist ein Spalt 74B' geschaffen, der durch die radialen Abmessungen des Rotors 24B' und des Stators 22B' sowie durch den Abstand zwischen einer Außenfläche 76' der ersten Rotornabe 70B' und der Innenfläche 97A der ringförmigen Statorunterstützung 86A' gesteuert wird. Da die Rotornabe 70B' in dem Wellenlager 728', das durch den Stirndeckel 26' unterstützt wird, angebracht ist und da der Stirndeckel 26' auch die ringförmige Statorunterstützung 86A', die die Innenfläche 97A bildet, unterstützt, wird die durch die Bautoleranzen bedingte Veränderlichkeit des Spalts 74B' minimiert.
  • Der Stator 22A' umfasst mehrere segmentierte Abschnitte, die um eine Innenfläche 97A der zweiten ringförmigen Statorunterstützung 86B' beabstandet sind. Die Innenfläche 97A kann mit Schlitzen versehen sein, die mit Verlängerungen an den segmentierten Abschnitten des Stators 22A' koordinieren, um die Segmente mit der ringförmigen Statorunterstützung 86B' fest zu verbinden.
  • Der Rotor 24A' ist mit einer zweiten Rotornabe 70A' starr verbunden und mit dieser in Bezug auf das Zwischenlager 54' drehbar. Die zweite Rotornabe 70A' wird durch das Zwischenlager 54' teilweise in einem Lager 72A' unterstützt. Zwischen dem Stator 22A' und dem Rotor 24A' ist ein Spalt 74A' geschaffen, der durch die radialen Abmessungen des Rotors 24A' und des Stators 22A' sowie durch den Abstand zwischen einer Außenfläche 80' der zweiten Rotornabe 70A und einer Innenfläche 97B der ringförmigen Statorunterstützung 86B' gesteuert wird.
  • Eine Unterstützung des Rotors 24B' wird ferner durch das Lager 72C über einen Rotorflansch 99B, der mit der Rotornabe 70B' verschweißt ist, bewirkt. Ähnlich wird eine Unterstützung ferner durch ein Lager 72D über einen Rotorflansch 99A, der mit der Rotornabe 70A' verschweißt ist, bewirkt. Das Lager 72D wird durch eine separate Struktur, wie sie in 4 gezeigt ist, unterstützt. Eine Unterstützung des Rotors 24A' wird ferner durch ein Wellenlager 75A', das zwischen der Rotornabe 70A' und dem Zwischenlager 54' angeordnet ist, bewirkt.
  • Da bei jedem Motor/Generator 20A' und 20B' der Rotor 24A', 24B' und der Stator 22A', 22B' durch ein gemeinsames Element (das Zwischenlager 54' bzw. den Stirndeckel 26') unterstützt werden, ermöglicht die Erfindung vor dem Zusammenbau mit dem Getriebe 11 ein einfaches vorheriges Verpacken jedes Motors/Generators 20A', 20B' als Modul. Das Motor/Generator-Modul 82' für den Motor/Generator 20B' umfasst den Stirndeckel 26' und die erste ringförmige Statorunterstützung 86A', in deren Innenfläche 97B der Stator 22B' eingepasst wird. Der Rotor 24B' wird mit der Rotornabe 70B' starr verbunden, die dann in dem Lager 72B' in den Stirndeckel 26' eingepasst wird. Das gesamte Modul 82' (der Stirndeckel 26', der Stator 22B', der Rotor 24B', die Rotornabe 70B' und der Rotorflansch 99B) kann dann auf die Welle 16' geführt und als Einheit mit dieser verschweißt werden. Ähnlich umfasst das Motor/Generator-Modul 84' für den Motor/Generator 20A' das Zwischenlager 54' und die zweite ringförmige Statorunterstützung 86B', in deren Innenfläche 97A der Stator 22A' eingepasst wird. Der Rotor 24A' wird mit der Rotornabe 70A' starr verbunden, die dann in dem Lager 72A' in das Zwischenlager 54' eingepasst wird. Das gesamte Modul 84' (das das Zwischenlager 54', das Lager 72D, das Lager 72A', die ringförmige Statorunterstützung 86A' den Stator 22A', die ringförmigen Hülsen 44B, 44C, den Rotor 24A', die Rotornabe 70A' und den Rotorflansch 99A umfasst) kann dann als eine Einheit über das Lager 72D auf die Welle 16' geführt werden.
  • Der Stirndeckel 26' sowie das Zwischenlager 54' können aus Eisen sein. Indem diese Komponenten aus Eisen gebildet werden, kann die Magnetizität der Motoren/Generatoren 20A' und 20B' verstärkt werden, da das Eisen in dem Stirndeckel 26' und dem Zwischenlager 54' (die beide oberhalb der Statoren und unterhalb der Rotoren angeordnet sind) die Magnete in den jeweiligen Motoren/Generatoren 20B', 20A' ergänzt, so das die Drehmomentleistung zunimmt.
  • Zusammengefasst betrifft die Erfindung ein elektromechanisches Getriebe, das einen Motor/Generator mit einem Stator und einem Rotor einschließlich eines konstruktiven Stützelements, das wenigstens teilweise den Stator in einer festen Beziehung zu ihm und den Rotor in einer rotatorischen Beziehung zu ihm unterstützt. Indem sowohl der Stator als auch der Rotor unterstützt werden, steuert das konstruktive Stützelement eine räumliche Beziehung (d. h. den Spalt, in dem ein Magnetfeld erzeugt wird) zwischen dem Stator und dem Rotor.

Claims (18)

  1. Elektromechanisches Getriebe, das einen Motor/Generator mit einem Stator und einem Rotor enthält, wobei das Getriebe umfasst: ein konstruktives Stützelement, das einsetzbar ist, um den Stator wenigstens teilweise in einer festen Beziehung zu ihm zu unterstützen und den Rotor wenigstens teilweise in einer rotatorischen Beziehung zu ihm zu unterstützen, wodurch das konstruktive Stützelement im Wesentlichen eine räumliche Beziehung zwischen dem Stator und dem Rotor steuert.
  2. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Rotornabe, die mit dem Rotor funktional verbunden ist, um sich mit diesem zu drehen, und an dem konstruktiven Stützelement wenigstens teilweise in einer rotatorischen Beziehung zu ihm unterstützt ist.
  3. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Lager, das zwischen dem konstruktiven Stützelement und der Rotornabe angeordnet ist, um die Drehung der Rotornabe bezüglich des konstruktiven Stützelements zu unterstützen.
  4. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine ringförmige Statorunterstützung, die mit dem konstruktiven Stützelement starr verbunden ist und durch dieses unterstützt ist, und der Stator durch die ringförmige Statorunterstützung unterstützt ist.
  5. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das konstruktive Stützelement und die ringförmige Statorunterstützung aus Eisen sind, um die Magnetizität des Motors/Generators zu verstärken und dadurch seine Drehmomentleistung zu erhöhen.
  6. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das konstruktive Stützelement ein Stirndeckel ist, der den Rotor und den Stator teilweise umgibt.
  7. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stirndeckel aus Eisen ist, um die Magnetizität des Motors/Generators zu verstärken und dadurch seine Drehmomentleistung zu erhöhen.
  8. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das konstruktive Stützelement eine mittige Abstützung oder ein Zwischenlager ist, die bzw. der sich radial bezüglich des Stators und des Rotors erstreckt.
  9. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor/Generator, der Stator und der Rotor ein erster Motor/Generator, ein erster Stator und ein erster Rotor sind, wobei das Getriebe außerdem einen zweiten Motor/Generator, einen zweiten Stator und einen zweiten Rotor aufweist und das Getriebe ferner umfasst: ein zweites konstruktives Stützelement, das einsetzbar ist, um den zweiten Stator wenigstens teilweise in einer festen Beziehung zu ihm zu unterstützen und den zweiten Rotor wenigstens teilweise in einer rotatorischen Beziehung zu ihm zu unterstützen, wodurch das zweite konstruktive Stützelement im Wesentlichen eine räumliche Beziehung zwischen dem zweiten Stator und dem zweiten Rotor steuert.
  10. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotornabe eine erste Rotornabe ist und das Getriebe umfasst: eine zweite Rotornabe, die mit dem zweiten Rotor funktional verbunden ist, um sich mit diesem zu drehen, und wenigstens teilweise an dem zweiten konstruktiven Stützelement unterstützt ist.
  11. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ferner eine Welle enthält, wobei die erste und die zweite Rotornabe beide wenigstens teilweise bezüglich der Welle unterstützt sind.
  12. Motor/Generator-Modul für ein elektromechanisches Getriebe, das eine Welle besitzt, wobei das Modul umfasst: ein konstruktives Stützelement; einen Stator, der bezüglich des konstruktiven Stützelements fest verbunden ist; eine Rotornabe, die an dem konstruktiven Stützelement drehbar unterstützt ist; einen Rotor, der durch die Rotornabe unterstützt ist, wodurch das konstruktive Stützelement und die Rotornabe eine räumliche Beziehung zwischen dem Stator und dem Rotor festlegen; und wobei das konstruktive Stützelement, der Stator, die Rotornabe und der Rotor bezüglich der Welle als vormontierte Einheit verbindbar sind.
  13. Motor/Generator-Modul nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch ein Lager, das zwischen dem konstruktiven Stützelement und der Rotornabe angeordnet ist, um die Drehung der Rotornabe bezüglich des konstruktiven Stützelements zu unterstützen.
  14. Motor/Generator-Modul nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine ringförmige Statorunterstützung, die mit dem konstruktiven Stützelement starr verbunden ist und durch dieses unterstützt ist, wobei der Stator durch die ringförmige Statorunterstützung unterstützt ist.
  15. Motor/Generator-Modul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das konstruktive Stützelement ein Stirndeckel ist, der den Rotor und den Stator teilweise umgibt.
  16. Motor/Generator-Modul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das konstruktive Stützelement eine mittige Abstützung oder ein Zwischenlager ist, die bzw. der sich radial bezüglich des Stators und des Rotors erstreckt.
  17. Verfahren zum Zusammenbauen eines elektromechanischen Getriebes, das einen Motor/Generator mit einem Stator und einem Rotor enthält, wobei das Verfahren umfasst: Vorsehen eines konstruktiven Stützelements; Vorsehen einer Rotornabe; Vorsehen eines Lagers; Verbinden der Rotornabe mit dem konstruktiven Stützelement in einer rotatorischen Beziehung zu ihm, wobei das Lager zwischen dem konstruktiven Stützelement und der Rotornabe angeordnet wird; Verbinden des Rotors mit der Rotornabe; und Aufpressen des Stators auf das konstruktive Stützelement, um dadurch ein Motor/Generator-Modul zu bilden.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das elektromechanische Getriebe eine Welle besitzt, gekennzeichnet durch Führen des Motor/Generator-Moduls auf die Welle.
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