DE102005034930A1 - Elektrisch verstellbares Getriebe - Google Patents

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Abstract

Ein Getriebe umfasst ein Gehäuse, einen Elektromotor mit einem Stator in dem Gehäuse und ein Element mit einem im Allgemeinen zylindrischen Abschnitt, der mindestens einen Teil des Stators umgibt. Das Element wirkt mit dem Gehäuse zusammen, um einen kreisringförmigen Kühlmittelströmungsweg dazwischen zu bilden, und das Element umfasst mehrere Löcher, um eine radiale Einströmung von Kühlmittel von dem Strömungsweg zu dem Stator bereitzustellen und somit eine wesentlich verbesserte Motorkühlung im Vergleich mit dem Stand der Technik zu schaffen.

Description

  • Diese Erfindung betrifft Getriebe, die mindestens einen Elektromotor, ein Gehäuse und ein Element umfassen, das den Motor mindestens teilweise umgibt und mit dem Gehäuse zusammenarbeitet, um einen kreisringförmigen Strömungsweg zu bilden.
  • Elektrisch verstellbare Getriebe, wie etwa jene, die in U.S. Patent Nr. 5,931,757 beschrieben sind, wenden zwei Elektromotoren an, die in einem Getriebegehäuse montiert sind. Die Elektromotoren sind koaxial mit einer Antriebswelle, einer Abtriebswelle und zwei Planetenradsätzen ausgerichtet. Jeder Motor ist wirksam mit einem Element von einem der Planetenradsätze verbunden, um einen Betriebsbereich oder eine Betriebsart des Getriebes bereitzustellen, der sich durch ein stufenlos verstellbares Drehzahlverhältnis zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle auszeichnet.
  • Die Elektromotoren in elektrisch verstellbaren Getrieben müssen eine sehr genaue Lage, eine geringe Empfindlichkeit der Lage gegenüber thermischen Ereignissen und eine sehr gleichmäßige Kühlmittelströmung aufweisen. Somit sind die Fertigungstoleranzen für Bauteile, wie etwa das Gehäuse, das die Schnittstelle mit den Motoren bildet, typischerweise gering und schränken dementsprechend die anwendbaren Fertigungsverfahren ein.
  • Es ist ein elektrisch verstellbares Getriebe vorgesehen. Das Getriebe umfasst ein Getriebegehäuse, das einen im Allgemeinen zylindrischen Hohl raum definiert. Das Getriebe umfasst auch einen Elektromotor, der in dem Hohlraum angeordnet ist. Der Elektromotor umfasst einen im Allgemeinen ringförmigen Stator und einen Rotor. Das Gehäuse umfasst auch ein Element mit einem im Allgemeinen zylindrischen Abschnitt, der zumindest einen Teil des Stators umgibt. Das Element und das Gehäuse definieren einen kreisringförmigen Kühlmittelströmungsweg dazwischen, und das Element umfasst mehrere Löcher, die darin derart ausgebildet sind, dass Kühlmittel in dem kreisringförmigen Strömungsweg radial nach innen in Richtung der Statorwicklungen strömt, um ein konzentrisches radiales Sprühmerkmal bereitzustellen. Ein konzentrischer radialer Sprühnebel von Kühlmittel liefert eine überlegene Kühlung der Statorwicklungen im Vergleich mit anderen Verfahren, die nach dem Stand der Technik verfügbar sind, und ermöglicht daher, dass der Motor im Vergleich mit dem Stand der Technik kleiner sein kann.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Stator statt an dem Gehäuse an dem Element montiert, wodurch größere Fertigungstoleranzen für das Gehäuse ermöglicht werden. Das Element macht es somit möglich, dass das Gehäuse unter Verwendung von solchen Fertigungsprozessen, wie etwa Druckgießen, welche für eine Produktion mit hoher Stückzahl geeignet sind, gebildet werden kann.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Getriebe zwei Motoren, die an dem Element montiert sind, um ein vormontiertes Modul für eine vereinfachte Montage zu bilden. Das Modul ermöglicht das Einsetzen der Motoren in das Gehäuse aus einer Richtung und lässt zu, dass die Statoren, Drehzahlsensoren sowie die Verdrahtung als Unterbaugruppe montiert und getestet werden können, bevor sie in das Gehäuse eingesetzt wird. Das Modul vereinfacht auch den Austausch während der Wartung des Getriebes. Das vormontierte Modul ermöglicht einen reduzierten Getriebedurchmesser im Vergleich mit dem Stand der Technik, da das Modul einschließlich der beiden Motoren an dem Gehäuse an dem vorderen Ende und nicht an dem hinteren Ende befestigt ist, wodurch die rückseitige Trennlinie beseitigt wird.
  • Das Element ist vorzugsweise aus Stahl, um thermische Spieländerungen zu verhindern, wodurch Lager mit Standardspiel ermöglicht werden, und um eine elektromagnetische Abschirmung für die Drehzahlsensoren, d.h. Drehzahlresolver, die die Rotordrehzahl überwachen, sowie für die Drähte der Drehzahlsensoren bereitzustellen.
    •
  • Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen ist:
  • 1 eine schematische Seitenansicht im Schnitt eines Teils eines elektrisch verstellbaren Getriebes;
  • 2 eine schematische Perspektivansicht des Getriebeteils von 1;
  • 3 eine schematische Seitenansicht im Schnitt einer alternativen Ausgestaltung des Getriebes gemäß der beanspruchten Erfindung;
  • 4 eine schematische Seitenansicht im Schnitt eines Teils einer weiteren alternativen Getriebeausgestaltung, die ein Getriebegehäuse und ein wirksam mit diesem verbundenes Motormodul umfasst; und
  • 5 eine schematische Seitenansicht im Schnitt eines Teils des Getriebes von 4.
  • In 1 ist ein Teil eines elektrisch verstellbaren Getriebes 10 schematisch dargestellt. Beispielhafte elektrisch verstellbare Getriebe sind in den U.S. Patenten Nr. 5,558,595, das am 24. September 1996 für Schmidt et al. erteilt wurde, 5,931,757, das am 3. August 1999 für Schmidt erteilt wurde, 6,478,705, das am 12. November 2002 für Holmes et al. erteilt wurde, und 6,527,658, das am 4. März 2003 für Holmes et al. erteilt wurde, deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen ist, beschrieben. Das Getriebe 10 umfasst ein Gehäuse 14, das eine Außenfläche 18 des Getriebes definiert. Das Gehäuse 14 umfasst eine Innenfläche 22, die einen im Allgemeinen zylindrischen Hohlraum 26 definiert.
  • Das Getriebe 10 umfasst auch einen ersten Elektromotor/Generator 30A und einen zweiten Elektromotor/Generator 30B. Jeder Elektromotor/Generator 30A, 30B umfasst einen im Allgemeinen ringförmigen Stator 34A, 34B, der in Bezug auf das Gehäuse 14 fest ist, und einen Rotor 38A, 38B. Die Motoren 30A, 30B sind koaxial mit einer Antriebswelle (nicht gezeigt) und mehreren Planetenradsätzen 42A, 42B ausgerichtet. Die Motoren 30A, 30B stehen mit den Zahnradsätzen 42A, 42B auf eine ähnliche Weise in Wirkverbindung, wie sie in den vorstehend genannten Patenten beschrieben ist.
  • Das Getriebegehäuse 14 umfasst eine Wand 46, die sich von der Innenfläche 22 radial nach innen in Richtung der Mittellinie 50 des Getriebes erstreckt. Die Wand 46 trennt den Stator 34A des ersten Motors 30A von dem Stator 34B des zweiten Motors 30B und umfasst eine Ausformung 54, um Gewindebefestigungselemente 58 aufzunehmen. Ein Element 62A ist an der Wand 46 an der Ausformung 54 durch ein Gewindebefestigungselement 58 befestigt. Das Element 62A umfasst einen im Allgemeinen zylindrischen Abschnitt 66A, der mindestens einen Teil des Stators 34A umgibt und mit dem Gehäuse 14 zusammenwirkt, um einen kreisringförmigen Kühlmittelströmungsweg 70A dazwischen zu bilden. Der kreisringförmige Kühlmittelströmungsweg 70A steht mit einer Druckfluidkühlmittelquelle in Fluidverbindung. Das Element 62A definiert mehrere Löcher 74, die derart angeordnet sind, dass sie Kühlmittel von dem kreisringförmigen Kühlmittelströmungsweg 70A radial nach innen in Richtung des Stators 34A lenken. O-Ringe oder andere Dichtungen 78 werden zwischen dem Element 62A und dem Gehäuse 14 angewandt, um den kreisringförmigen Strömungsweg 70A abzudichten.
  • Ein ähnliches Element 62B ist an der Wand 46 an der Ausformung 54 durch ein Gewindebefestigungselement 58 montiert, um mindestens einen Teil des Stators 34B mit einem im Allgemeinen zylindrischen Abschnitt 66B zu umgeben. Das Element 62B arbeitet auch mit dem Gehäuse 14 zusammen, um einen kreisringförmigen Strömungsweg 70B zu bilden, und umfasst Löcher 74, die darin ausgebildet sind, um Kühlmittel von dem Strömungsweg 70B radial nach innen in Richtung des Stators 34B zu lenken. Lagerelemente 82 sind an der Wand 46 durch Befestigungselemente 58 befestigt, um die Rotoren 38A, 38B auf Lagern 86 drehbar zu lagern. Die Statoren 34A, 34B sind vorzugsweise an die Elemente 62A, 62B gesteckt (staked). Die Elemente 62A, 62B sind vorzugsweise derart bemessen, dass sie einen leichten Druck auf die Statoren aufrechterhalten.
  • 2, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile wie in 1 bezeichnen, ist eine schematische Perspektivdarstellung eines Teils des Gehäuses 14 und des Elements 62A. Nur ein Teil des Rotors 38A des Motors 30A ist in 2 dargestellt.
  • In 3, in der gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Bauteile von den 1 und 2 beziehen, ist eine alternative Ausgestaltung des Getriebes 10' und des Elements schematisch dargestellt. Die Elemente 62A', 62B' sind jeweils auf entgegengesetzten Seiten der Gehäusewand 46' angebracht, etwa durch ein Gewindebefestigungselement, einen Niet, eine Presspassung oder einen Formschluss, der durch die Statoren 34A', 34B' hervorgerufen wird, usw.
  • Elemente 62A', 62B' umfassen jeweils Außenwände 90A, 90B, die mit dem Gehäuse 14' zusammenwirken, um kreisringförmige Strömungswege 70A', 70B' zu bilden. Die Elemente 62A', 62B' umfassen auch jeweils Innenwände 94A, 94B. Die Innenwand 94A ist in Bezug auf die Außenwand 90A derart angeordnet, dass ein offener Raum 98A dazwischen gebildet ist, der einen Teil des Stators 34A' enthält. Ähnlich ist die Innenwand 94B in Bezug auf die Außenwand 90B derart angeordnet, dass ein offener Raum 98B dazwischen gebildet ist, der einen Teil des Stators 34B' enthält. An den Innenwänden 94A, 94B ist jeweils ein Lager 96 montiert, um die Rotoren 38A', 38B' drehbar zu lagern. Die Innenwände 94A, 94B tragen auch Drehzahlresolver 102, um die Drehzahl der Rotoren zu überwachen.
  • In 4, in der gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Bauteile von den 1-3 beziehen, ist eine weitere alternative Ausgestaltung des Getriebes 10'' schematisch dargestellt. Das Getriebe 10'' umfasst ein vormontiertes Modul 106, das ein Element 110 und zwei Motoren 30A'', 30B'' aufweist, von denen jeweils nur die Statoren 34A'', 34B'' in 3 dargestellt sind. Das Element 110 umfasst eine Außenwand 114, deren Außenfläche 118 mit dem Gehäuse 14'' zusammenwirkt, um kreisringförmige Strömungs wege 70A'', 70B'' zu definieren. Eine Innenfläche 122 der Außenwand 114 definiert einen im Allgemeinen zylindrischen Raum 126, in dem sich die Statoren 34A'', 34B'' der Motoren 30A'', 30B'' befinden. Das Element 110 umfasst auch eine Wand 130, die sich von der Innenfläche 122 radial nach innen erstreckt. Die Innenwand 134 erstreckt sich von der Wand 130 axial und ist von der Außenwand 114 beabstandet. Ein Teil des Stators 34A'' befindet sich zwischen der Außenwand 114 und der Innenwand 134. Ein Teil des Stators 34B'' befindet sich zwischen der Außenwand 114 und der Innenwand 134. Lager 86 sind an der Innenwand 134 angebracht, um die Rotoren der Motoren 30A'', 30B'' drehbar zu lagern. Es sind auch Drehzahlresolver 102 an der Innenwand 134 befestigt. In der Wand 130 ist ein Loch 138 ausgebildet, durch das eine Verdrahtung 142 für Drehzahlresolver verläuft. Das Element 110 ist vorzugsweise aus Stahl, um thermische Spieländerungen zu verhindern, Lager mit Standardspiel zuzulassen und eine elektromagnetische Abschirmung für die Resolver und Drähte bereitzustellen.
  • In 5, in der sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Bauteile von den 1-4 beziehen, umfasst das Element 110 des Moduls 106 vorzugsweise einen Flansch 146. Das Element 110 kann an das Gehäuse 14'' an dem Flansch 146 unter Verwendung des gleichen Bolzens 58 montiert werden, der dazu benutzt wird, die Getriebeabstützanordnung 150 an der Getriebevorderseite zu verbinden.
  • Der Offenbarungsgehalt der U.S. Patentanmeldungen mit den Seriennummern 60/555,141, die am 22. März 2004 eingereicht wurde, und 60/555,270, die am 22. März 2004 eingereicht wurde, ist hierin durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen.
  • Zusammengefasst umfasst ein Getriebe ein Gehäuse, einen Elektromotor mit einem Stator in dem Gehäuse und ein Element mit einem im Allgemeinen zylindrischen Abschnitt, der mindestens einen Teil des Stators umgibt. Das Element wirkt mit dem Gehäuse zusammen, um einen kreisringförmigen Kühlmittelströmungsweg dazwischen zu bilden, und das Element umfasst mehrere Löcher, um eine radiale Einströmung von Kühlmittel von dem Strömungsweg zu dem Stator bereitzustellen und somit eine wesentlich verbesserte Motorkühlung im Vergleich mit dem Stand der Technik zu schaffen.

Claims (11)

  1. Hybridgetriebe, umfassend: ein Gehäuse (14; 14'; 14''), das einen im Allgemeinen zylindrischen Hohlraum definiert, einen ersten Elektromotor (30A; 30A'; 30A''), der in dem Hohlraum angeordnet ist, wobei der erste Elektromotor (30A; 30A'; 30A'') einen Stator (34A; 34A'; 34A'') umfasst, und ein Element (62A; 62A'; 110) mit einem im Allgemeinen zylindrischen Abschnitt, der mindestens einen Teil des Stators (34A; 34A'; 34A'') umgibt, der mit dem Gehäuse (14; 14'; 14'') zusammenwirkt, um mindestens einen kreisringförmigen Kühlmittelströmungsweg (70A; 70A'; 70A'') dazwischen zu bilden, und der mehrere Löcher (74) definiert, die derart angeordnet sind, dass sie Kühlmittel von dem mindestens einen kreisringförmigen Kühlmittelströmungsweg (70A; 70A'; 70A'') radial nach innen in Richtung des Stators (34A; 34A'; 34A'') lenken.
  2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (62A; 62A'; 110) aus Stahl besteht.
  3. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (30A; 30A'; 30A'') einen Rotor (38A; 38A'; 38A'') umfasst, der auf einem Lager (86) drehbar ist, und dass das Lager (86) durch das Element (62A; 62A'; 110) abgestützt ist.
  4. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (30A'; 30A'') einen Rotor (38A'; 38A'') umfasst, und dass das Getriebe ferner mindestens einen Drehzahlsensor (102) umfasst, der von dem Element (62A'; 110) abgestützt ist und ausgestaltet ist, die Drehzahl des Rotors (38A'; 38A'') zu überwachen.
  5. Getriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten Elektromotor (30B; 30B'; 30B''), der einen Stator (34B; 34B'; 34B'') umfasst, und dadurch, dass das Element (62A; 62A'; 110) mindestens einen Teil des Stators (34B; 34B'; 34B'') des zweiten Elektromotors (30B; 30B'; 30B'') umgibt.
  6. Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (62A; 62A'; 110) mehrere darin ausgebildete Löcher (74) umfasst, die derart ausgestaltet und angeordnet sind, dass sie Kühlmittel von dem mindestens einen kreisringförmigen Strömungsweg (70A; 70A'; 70A'') zu dem Stator (34B; 34B'; 34B'') des zweiten Elektromotors (30B; 30B'; 30B'') lenken.
  7. Modul zum Einbau in ein Getriebegehäuse, wobei das Modul (106) umfasst: einen ersten Stator (34A''), und ein Element (110), an das der erste Stator (34A'') montiert ist, das mindestens einen Teil des ersten Stators (34A'') umgibt und das mehrere Löcher (74) definiert, wobei das Element (110) derart bemessen und geformt ist, dass es mit dem Getriebegehäuse (14'') zusammenwirkt, um einen kreisringförmigen Kühlmittelströmungsweg (70A'') dazwischen zu definieren, und wobei die Löcher (74) derart in Bezug auf den ersten Stator (34A'') angeordnet sind, dass sie Kühlmittel von dem Kühlmittelströmungsweg (70A'') zu dem ersten Stator (34A'') lenken.
  8. Modul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (110) aus Stahl besteht.
  9. Modul nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch mindestens einen Drehzahlsensor (102), der ausgestaltet ist, um die Drehzahl eines Rotors (38A'') zu überwachen, und der an dem Element (110) montiert ist.
  10. Modul nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen zweiten Stator (34B''), der an dem Element (110) montiert ist, und dadurch, dass das Element (110) mindestens einen Teil des zweiten Stators (34B'') umgibt.
  11. Getriebe, umfassend: ein Gehäuse (14; 14'; 14''), das einen im Allgemeinen zylindrischen Hohlraum definiert, einen ersten Elektromotor (30A; 30A'; 30A'') mit einem ersten Stator (34A; 34A''; 34A'') und einen zweiten Elektromotor (30B; 30B''; 30B'') mit einem zweiten Stator (34B; 34B'; 34B''), und ein Element (62A; 62A'; 110) mit einem im Allgemeinen zylindrischen Abschnitt, der mindestens einen Teil des ersten Stators (34A; 34A'; 34A'') und einen Teil des zweiten Stators (34B; 34B'; 34B'') umgibt, der mit dem Gehäuse (14; 14'; 14'') zusammenwirkt, um wenigstens einen kreisringförmigen Kühlmittelströmungsweg (70A; 70A'; 70A'') dazwischen zu bilden, und der mehrere Löcher (74) definiert, die derart angeordnet sind, dass sie Kühlmittel von dem mindestens einen kreisringförmigen Kühlmittelströmungsweg (70A; 70A'; 70A'') radial nach innen in Richtung des ersten und zweiten Stators (34A, 34B; 34A', 34B'; 34A'', 34B'') lenken.
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