DE102008040496A1 - Verfahren zur Kühlung einer elektrischen Maschine in einem Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Kühlung einer elektrischen Maschine (6) in einem Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfassend ein Basisgetriebe (4) und eine Hybridbaugruppe (3) mit zumindest einer nassen Lamellenkupplung (7) vorgeschlagen, im Rahmen dessen die elektrische Maschine (6) mittels des zur Kühlung der zumindest einen Lamellenkupplung (7) der Hybridbaugruppe (3) benutzten Getriebeöls gekühlt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kühlung einer elektrischen Maschine in einem Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfassend ein Basisgetriebe und eine Hybridbaugruppe mit zumindest einer nassen Lamellenkupplung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Aus dem Stand der Technik sind Hybridfahrzeuge umfassend ein Hybridgetriebe enthaltend ein Basisgetriebe und eine Hybridbaugruppe bekannt. Sie umfassen zusätzlich zu dem Verbrennungsmotor zumindest einen Elektromotor bzw. eine elektrische Maschine, welche je nach Betriebszustand motorisch oder generatorisch betrieben werden kann. Bei seriellen Hybridfahrzeugen wird ein Generator vom Verbrennungsmotor angetrieben, wobei der Generator den die Räder antreibenden Elektromotor mit elektrischer Energie versorgt.
  • Des weiteren sind parallele Hybridfahrzeuge bekannt, bei denen eine Addition der Drehmomente des Verbrennungsmotors und zumindest einer mit dem Verbrennungsmotor verbindbaren elektrischen Maschine vorzugsweise mittels eines Summierungsgetriebes, beispielsweise mittels eines Planetengetriebes erfolgt. Hierbei ist die zumindest eine elektrische Maschine mit dem Riementrieb oder mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbindbar. Die vom Verbrennungsmotor und/oder der zumindest einen elektrischen Maschine erzeugten Drehmomente werden über ein nachgeschaltetes Getriebe an die angetriebene Achse übertragen.
  • Aus dem Stand der Technik sind Hybridantriebsstränge bekannt, bei denen die Getriebeeingangswelle mittels einer Lamellenkupplung mit dem Abtrieb der Elektromaschine bzw. eines Summierungsgetriebes der Hybridbaugruppe, in dem die Momente der Elektromaschine und des Verbrennungsmotors aufsummiert werden, lösbar verbindbar ist.
  • Ferner sind Hybridantriebsstränge bekannt, bei denen der Verbrennungsmotor durch Öffnen einer Lamellenkupplung von der elektrischen Maschine und somit vom Antriebsstrang abkoppelbar ist, wobei der Getriebeeingang mittels einer weiteren Kupplung mit dem Abtrieb der Elektromaschine bzw. eines Summierungsgetriebes der Hybridbaugruppe, in dem die Momente der Elektromaschine und des Verbrennungsmotors aufsummiert werden, lösbar verbindbar ausgeführt sein kann.
  • Aus der DE 3737192 A1 ist ein Hybridantrieb eines Fahrzeugs bekannt, enthaltend eine Brennkraftmaschine und eine Elektromaschine mit einem Rotor, welcher über eine erste Kupplung mit der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine und über eine zweite Kupplung mit der Eingangswelle eines Getriebes verbindbar ist, wobei der Rotor einen Bestandteil einer über die erste Kupplung mit der schwungradfrei ausgeführten Brennkraftmaschine verbindbaren Schwungmasse bildet. Bei dem bekannten Hybridantrieb ist der Rotor über einen Bestandteil der Schwungmasse bildenden starren Träger und ein Drehlager auf der Getriebeeingangswelle gelagert.
  • Des weiteren geht aus der DE 60 2004 001 652 T2 eine Kraftübertragungseinheit für einen Antriebsstrang einer Antriebsmotorbaugruppe des Parallelhybrid-Typs, insbesondere für Kraftfahrzeuge, hervor, wobei die Einheit eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, einen Elektromotor, umfassend einen Stator und einen Rotor, eine erste Kupplung für die Verbindung der Antriebswelle mit einem Zwischenorgan und eine zweite Kupplung für die Verbindung des Zwischenorgans mit der Abtriebswelle umfasst und wobei das Zwischenorgan mit dem Rotor drehbar verbunden ist.
  • Bei der bekannten Kraftübertragungseinheit sind die zwei Kupplungen auf demselben Umfang koaxial zu der Antriebswelle und zu der Abtriebswelle, zum Stator und zum Rotor des Elektromotors angeordnet, wobei der Stator von einem Teil eines Gehäuses getragen wird, welches das Zwischenorgan drehbar unterstützt. Des weiteren definiert das Gehäuse einen dichten Aufnahmesitz, in dem der Stator, der Rotor, die zwei Kupplungen, ein mechanisches Organ zum Halten jeder der Kupplungen in der eingerückten Stellung sowie ein Hydraulikkreis für die Steuerung der Kupplungen in die ausgerückte Stellung angebracht sind.
  • Die bei einer elektrischen Maschine realisierte Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und umgekehrt ist immer verlustbehaftet. Bei den in Hybridgetrieben eingesetzten elektrischen Maschinen, die eine hohe Volumenleistungsdichte aufweisen entsteht, daher die Notwendigkeit einer effektiven Kühlung, da die Leistung der elektrischen Maschinen durch die thermischen Randbedingungen begrenzt wird. Zu diesem Zweck ist aus dem Stand der Technik bekannt, die Wärme des feststehenden Stators der elektrischen Maschine durch ein Kühlmedium mittels eines gehäusefesten Kühlkanals abzuleiten.
  • Diese Konzeption erweist sich als nicht optimal, da die Wärmequelle „Kupferverluste” der Wicklungen thermisch schlecht über Wickelkörper an das Blechpaket und wiederum an das Gehäuse angebunden ist. In nachteiliger Weise bleibt zudem der Rotor der elektrischen Maschine ungekühlt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kühlung einer elektrischen Maschine in einem Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfassend ein Basisgetriebe und eine Hybridbaugruppe mit zumindest einer nassen Lamellenkupplung anzugeben, welche eine optimale Kühlung der elektrischen Maschine ermöglicht. Insbesondere soll auch der Rotor der elektrischen Maschine gekühlt werden. Dadurch soll die Ausnutzung der elektrischen Maschine erhöht werden.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Demnach wird vorgeschlagen, die elektrische Maschine mittels des zur Kühlung der zumindest einen nassen Lamellenkupplung der Hybridbaugruppe benutzten Getriebeöls zu kühlen.
  • Bei der nassen Lamellenkupplung kann es sich je nach Ausführung des Antriebsstrangs um eine Kupplung handeln, über die der Getriebeeingang des Basisgetriebes mit dem Abtrieb der Elektromaschine bzw. eines Summierungsgetriebes, in dem die Momente der Elektromaschine und des Verbrennungsmotors aufsummiert werden, lösbar verbindbar ist oder um eine Kupplung handeln, über die der Verbrennungsmotor von der elektrischen Maschine und vom Antriebsstrang abkoppelbar ist.
  • Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird das ohnehin vorhandene Getriebeöl benutzt, um eine effektive Kühlung der elektrischen Maschine zu gewährleisten, so dass die Kosten für die Implementierung des Verfahrens gering sind. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird zudem auch der Rotor der elektrischen Maschine gekühlt.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
  • 1: Eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, bei dem der Verbrennungsmotor mittels einer La mellenkupplung von der elektrischen Maschine und vom Antriebsstrang abkoppelbar ist; und
  • 2: Eine schematische Schnittansicht der Hybridbaugruppe der Ausführungsform nach 1 zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Der in 1 gezeigte Hybridantriebsstrang umfasst ein Basisgetriebe 4, welches gemäß dem Stand der Technik in Planetenbauweise ausgeführt ist und eine dem Getriebe 4 vorgeschaltete Hybridbaugruppe 3, welche eine elektrische Maschine 6 mit einem Stator 8 und einem Rotor 9 aufweist. Ferner umfasst die Hybridbaugruppe 3 eine Lamellenkupplung 7, welche die mit dem Verbrennungsmotor verbundene Antriebswelle 1 mit der elektrischen Maschine 6 und dem Getriebe 4 lösbar verbindet.
  • Bei dem gezeigten Beispiel ist der Rotor 9 der elektrischen Maschine 6 ständig mit dem Getriebe 4 verbunden. In 1 ist die Abtriebswelle des Getriebes 4 mit 2 bezeichnet; sie kann mit der angetriebenen Fahrzeugachse beispielsweise mittels einer Kardanwelle verbunden sein. Auf der Antriebswelle 1 ist vor der Kupplung 7 ein Torsionsdämpfer 5 angeordnet. Ferner ist ein Retarder vorgesehen, welcher in 1 mit dem Bezugszeichen 13 versehen ist.
  • Die Lamellenkupplung 7 wird, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, zur Kühlung radial mit Getriebeöl durchströmt. Nach dem Durchströmen der Kupplung 7 wird das Öl erfindungsgemäß und bezugnehmend auf 2 radial abgeschleudert und trifft auf die rotierende Innenfläche 10 des drehenden Rotors 9 der elektrischen Maschine 6, wo es in Kontakt mit der Innenfläche Wärme des Rotors 9 aufnimmt, was in einer Kühlung des Rotors resultiert.
  • Anschließend strömt das Öl durch geeignete Passagen axial ab und wird an den Enden des Rotors 9 radial in Richtung auf den Stator 8 abgeschleudert, wo es auf die Wickelköpfe 11 des Stators 8 trifft, wodurch dem Stator Wärme entzogen wird. In einem nächsten Schritt sammelt sich das erhitzte Öl im Getriebesumpf und wird in den Kühlkreislauf eingespeist.
  • Besonders vorteilhaft für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass die Lamellenkupplung radial betrachtet unterhalb des Rotors der elektrischen Maschine angeordnet ist, wobei axial betrachtet der Rotor und die elektrische Maschine im wesentlichen auf gleicher Höhe angeordnet sind.
  • Zusätzlich zur Kühlung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann, wie aus dem Stand der Technik bekannt, Wärme des feststehenden Stators 8 der elektrischen Maschine 6 durch ein Kühlmedium mittels eines gehäusefesten Kühlkanals 12 abgeführt werden.
    • 1
    Antriebswelle
    2
    Abtriebswelle
    3
    Hybridbaugruppe
    4
    Basisgetriebe
    5
    Torsionsdämpfer
    6
    elektrische Maschine
    7
    Lamellenkupplung
    8
    Stator
    9
    Rotor
    10
    Innenfläche des Rotors
    11
    Wickelkopf
    12
    Kühlkanal
    13
    Retarder
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 3737192 A1 [0006]
    • - DE 602004001652 T2 [0007]

Claims (4)

  1. Verfahren zur Kühlung einer elektrischen Maschine (6) in einem Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfassend ein Basisgetriebe (4) und eine Hybridbaugruppe (3) mit zumindest einer nassen Lamellenkupplung (7), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (6) mittels des zur Kühlung der zumindest einen Lamellenkupplung (7) der Hybridbaugruppe (3) benutzten Getriebeöls gekühlt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Durchströmen der Lamellenkupplung (7) radial mit Getriebeöl das Öl radial abgeschleudert wird und auf die rotierende Innenfläche (10) des Rotors (9) der elektrischen Maschine (6) trifft, wo es in Kontakt mit der Innenfläche (10) Wärme des Rotors (9) aufnimmt, wobei das Öl anschließend axial abströmt und an den Enden des Rotors (9) radial in Richtung auf den Stator (8) abgeschleudert wird, wo es auf die Wickelköpfe (11) des Stators (8) trifft, wodurch dem Stator (8) Wärme entzogen wird und wobei sich anschließend das erhitzte Öl im Getriebesumpf sammelt, wo es in den Kühlkreislauf eingespeist wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellenkupplung (7) eine Kupplung ist, über die der Getriebeeingang des Basisgetriebes (4) mit dem Abtrieb der Elektromaschine (6) bzw. eines Summierungsgetriebes, in dem die Momente der Elektromaschine (8) und des Verbrennungsmotors aufsummiert werden, lösbar verbindbar ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellenkupplung (7) eine Kupplung ist, über die der Verbrennungsmotor von der elektrischen Maschine (6) und vom Antriebsstrang abkoppelbar ist.
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