-
Die Erfindung betrifft ein Hybridantriebsmodul mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
-
Aus der gattungsbildenden
DE 10 2011 120 809 A1 ist ein Hybridantriebsmodul nämlich in Form eines Mehrfachkupplungssystems für ein Hybridkraftfahrzeug bekannt. Das Mehrfachkupplungssystem weist ein Ölkühlsystem auf, wobei das Mehrfachkupplungssystem zwei nasslaufende Anfahrkupplungen und eine nasslaufende Trennkupplung auf einer gemeinsamen Drehachse aufweist. Das Ölkühlsystem weist einen ersten Ölführungsweg durch die beiden Anfahrkupplungen und einen zweiten Ölführungsweg durch die Trennkupplung auf. Außen an dem Mehrfachkupplungssystem ist eine elektrische Maschine in Form eines Elektromotors angeordnet. Der zweite Ölführungsweg weist ein Ölleitblech zur Führung des Ölstroms, insbesondere über Zwischenräume zwischen zwei Kupplungsträgern auf. Die Anfahrkupplung ist als Doppelkupplung mit zwei Teilkupplungen ausgebildet. Die elektrische Maschine ist in dem gemeinsamen Ölraum mit der Doppelkupplung und der Trennkupplung angeordnet. Die elektrische Maschine weist einen Rotor und einen Rotorträger auf, wobei der Rotor und der Rotorträger miteinander verbunden sind.
-
Aus der
AT 412 311 B ist ein gehäuseloser Elektromotor mit einem als Stator oder Rotor ausgebildeten Blechpaket bekannt. Das Blechpaket weist Kanäle zur Führung eines Kühlmediums auf. Das Blechpaket ist zwischen endseitigen Abdeckblechen durch zwei U-förmige Pressklammern zusammengespannt. Die Kanäle dienen zur Führung des Kühlmediums durch Rohre. Der Stator besteht im Wesentlichen aus einem Blechpaket mit einem Kranz von Nuten, welche am Innenumfang des Blechpaketes in Winkelabständen in Längsrichtung konzentrisch zur Rotorachse angeordnet sind und zur Aufnahme von Wicklungen dienen. Der Stator beziehungsweise das Blechpaket ist gehäuselos ausgebildet. Die Bleche des Blechpaketes sind mit einem Kranz ausgestanzter Löcher versehen, welche in der Gesamtheit der Bleche jeweils einen Kanal zur Führung eines strömenden Kühlmediums, zum Beispiel Luft, Wasser oder eines Hydrauliköls ergeben, welcher durch ein Rohr aus Metall oder Kunststoff, vorzugsweise aus Kupfer ausgefüttert ist. Durch die Kühlkanäle soll gegenüber üblichen Elektromotoren mit Außenkühlung eine bessere Kühlung erzielt werden, da der Wärmeübergang vom Blechpaket zum Gehäuse hier entfällt.
-
Aus der
DE 10 2005 021 907 A1 ist eine elektrische Maschine bekannt. Die elektrische Maschine weist einen Stator auf. Der Stator besteht im Wesentlichen aus einem Statorblechpaket mit einer Wicklung. Das Statorblechpaket ist aus einzelnen stapelbaren Statorblechen gebildet. Das Statorblechpaket ist über ein Kühlmittel kühlbar. An den einzelnen Statorblechen sind Konturierungen und/oder Ausnehmungen ausgebildet, die in dem zusammengefügten Statorblechpaket eine sich im Bereich des Außenumfang des Statorblechpaketes erstreckende Kühlmittelkanalstruktur von einer Vielzahl zusammenhängender Kühlmittelkanäle bilden.
-
Das gattungsbildende Hybridantriebsmodul ist noch nicht optimal ausgebildet. Zwischen dem Stator und dem Rotor können beim Betrieb der elektrischen Maschine Schleppmomente auftreten. Das Öl in einem Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator sowie der Rotor und der Stator selbst kann dabei erwärmt werden.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Hybridantriebsmodul derart auszugestalten und weiterzubilden, so dass Schleppmomente beim Betrieb der elektrischen Maschine zumindest vermindert werden, insbesondere auch die Temperaturen verschiedener Komponenten gesenkt werden, sowie die Dauerleistung erhöht ist.
-
Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird nun dadurch gelöst, dass ein erstes Ölleitmittel an einem Ende der elektrischen Maschine angeordnet ist, wobei mittels des ersten Ölleitmittels das Öl innerhalb des Rotorträgers durch eine Ölablauföffnung zu dem anderen Ende der elektrischen Maschine leitbar ist. Dies hat den Vorteil, dass Kühlöl nicht in größeren Mengen in den Spalt der elektrischen Maschine gelangt. Ein „Volllaufen“ der elektrischen Maschine mit Öl wird durch den kontinuierlichen Ölabtransport verhindert. Die verbesserte Ölzirkulation sorgt dafür, dass die elektrische Maschine zusätzlich gekühlt wird. In besonders bevorzugter Ausgestaltung sind die Ölleitmittel derart federnd ausgebildet, dass sie axial den Rotor vorspannen. Das erste Ölleitmittel weist vorzugsweise einen Ölleitbereich auf, wobei der Ölleitbereich sich im Wesentlichen konisch ausgehend von einer Innenumfangsfläche des Rotorträgers nach innen erstreckt. Dieses erste Ölleitmittel ist insbesondere an einem Ende der elektrischen Maschine angeordnet, wobei dieses Ende einem Gehäuse bzw. Kühlmantel zugewandt ist. Die elektrische Maschine ist innerhalb des Gehäuses angeordnet, wobei der Ölleitbereich von dem Rotorträger schräg nach innen in Richtung des Gehäuses, insbesondere hin zu einer Seitenwandung des Gehäuses ragt, so dass nach radial außen geschleudertes Öl durch den Ölleitbereich von dem Gehäuse wegleitbar ist. Der Rotorträger weist einen sich im Wesentlichen axial in Umfangsrichtung erstreckenden Tragbereich und einen Bodenbereich auf, wobei der Bodenbereich mindestens eine, vorzugsweise mehrere der Ölablauföffnungen aufweist. Das erste Ölleitmittel erleichtert den Abtransport des Öls aus dem Gehäuse, wodurch ein Ölstau zwischen der elektrischen Maschine und dem Gehäuse vermieden wird und damit insbesondere die Ölmenge im Spalt der elektrischen Maschine verringert ist.
-
Vorzugsweise ist ein zweites Ölleitmittel an einem anderen Ende der elektrischen Maschine angeordnet, wobei mittels des zweiten Ölleitmittels das radial nach außen geschleuderte Öl von der elektrischen Maschine wegleitbar ist. Hierdurch ist vermieden, dass an diesem Ende Öl in den Spalt der elektrischen Maschine eintritt. Ferner ist der Austritt von Öl aus dem Spalt an diesem Ende erleichtert. Auch hierdurch sind Schleppmomente vermindert.
-
Die beiden Ölleitmittel können dabei einerseits an dem Rotorträger und andererseits an der Stirnseite des Rotors federnd abgestützt sein. Hierdurch ist die Stabilität des Rotors verbessert. Die Ölleitmittel sind rotorfest angeordnet. Die Kombination aus dem rotorfesten ersten Ölleitmittel und der Ölablauföffnung im Rotorträger fängt Schleuderöl im Betrieb auf und führt dieses aufgrund der Fliehkräfte durch die Ölablauföffnung zur Kupplungsseite, das heißt in Richtung des zweiten Ölleitmittels ab. Hierdurch wird das durch das Öl verursachte Schleppmoment zumindest reduziert. Gleichzeitig wird durch die Ölzirkulation eine zusätzliche Kühlwirkung der elektrischen Maschine erreicht, wodurch die Dauerleistung der elektrischen Maschine deutlich gesteigert wird. Die Dauerleistung ist bei gleichzeitiger Verringerung der Schleppmomente und Temperaturen im Getriebe verbessert.
-
In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist an der Außenseite des Stators mindestens ein Ölkanal vorgesehen, damit das Öl aus dem Gehäuse ablaufen kann, ohne in den Spalt der elektrischen Maschine einzudringen. Das Gehäuse, nämlich der entsprechende Kühlmantel der elektrischen Maschine ist dabei in der Länge derart bemessen, so dass am Ende der entsprechenden Ölkanäle das Kühlöl aus der elektrischen Maschine und damit aus dem Kühlmantel austreten kann.
-
Die Geometrie beziehungsweise der Anstellwinkel der Ölleitmittel kann variiert werden. Die Anzahl und der Durchmesser der Ölablauföffnungen kann ebenfalls variieren. Die Anzahl und der Durchmesser der Kühlölkanäle im Stator kann ebenfalls variieren. Die hier vorgeschlagenen Maßnahmen sind relativ kostengünstig umsetzbar im Verhältnis zu dem großen Performancegewinn der elektrischen Maschine. Insbesondere ist durch eine Kombination der obigen Merkmale die Kühlleistung verbessert, die Dauerleistung deutlich erhöht und die Schleppmomente sind vermindert. Die eingangs genannten Nachteile sind daher vermieden und entsprechende Vorteile sind erzielt.
-
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Hybridantriebsmodul auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausgestaltung des Hybridantriebsmoduls anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert.
-
In der Zeichnung zeigt:
-
1 in einer schematischen, geschnittenen, hälftigen Darstellung ein Hybridantriebsstrangmodul, mit einer elektrischen Maschine,
-
2 in einer schematischen, geschnittenen Detaildarstellung ein an einer Stirnseite der elektrischen Maschine angeordnetes, erstes Ölleitmittel, und
-
3 in einer schematischen, geschnittenen Detaildarstellung ein entsprechendes zweites Ölleitmittel, das an der gegenüberliegenden Stirnseite der elektrischen Maschine angeordnet ist.
-
In 1 ist ein Hybridantriebsmodul 1 für ein Kraftfahrzeug gut zu erkennen. Das Hybridantriebsmodul 1 weist eine elektrische Maschine 2 auf. Die elektrische Maschine 2 ist innerhalb eines Kupplungsgehäuses 3 angeordnet. Die elektrische Maschine 2 ist innerhalb eines weiteren, inneren Gehäuses 4, nämlich eines Kühlmantels angeordnet. Das Gehäuse 4 weist einen sich im wesentlich in Axialrichtung erstreckenden Mantelbereich 5 auf. Der Mantelbereich 5 dient hier als Kühlmantel. Anschließend an den Mantelbereich 5 erstreckt sich eine Seitenwandung 6 nach innen. Das Gehäuse 4 begrenzt einen Ölraum 7, wobei die elektrische Maschine 2 innerhalb des Ölraums 7 angeordnet ist. Das Gehäuse 4 weist ferner einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Lagerbereich 8 auf. Der Lagerbereich 8 begrenzt mit seiner Innenumfangsfläche im Wesentlichen eine nicht näher bezeichnete Wellenaufnahme, die von einer Antriebswelle (nicht dargestellt) durchgriffen ist. Der Lagerbereich 8 ist hier einstückig mit der Seitenwandung 6 und dem Mantelbereich 5 ausgebildet. Es ist jedoch auch denkbar, dass diese jeweiligen Bereiche als separate Teile ausgebildet sind.
-
Die elektrische Maschine 2 weist einen Stator 9 und einen Rotor 10 auf. Die elektrische Maschine 2 weist ferner einen Rotorträger 11 auf, wobei der Rotor 10 drehfest auf dem Rotorträger 11 angeordnet ist. Die elektrische Maschine 2 ist als Innenläufer ausgestaltet. Der Rotor 10 ist drehbar innerhalb des Stators 9 angeordnet. Der Rotorträger 11 ist mittels zweier Lager 12, 13 am Lagerbereich 8 des Gehäuses 4 gelagert. Der Lagerbereich 8 dient bei der Montage des Rotorträgers 11 als Zentrierung.
-
Der Rotorträger 11 ist im Wesentlichen topfförmig ausgebildet. Der Rotorträger 11 weist einen Tragbereich 14 auf, wobei der Tragbereich 14 den Rotor 10 trägt. Der Tragbereich 14 erstreckt sich im Wesentlichen in Axialrichtung und in Umfangsrichtung. Ferner weist der Rotorträger 11 einen Fußbereich 15 auf, wobei der Fußbereich 15 im Wesentlichen hülsenförmig ausgebildet ist. An dem Fußbereich 15 ist der Rotorträger 11 mittels der Lager 12, 13 gelagert. Der Tragbereich 14 und der Fußbereich 15 sind durch einen Bodenbereich 16 miteinander verbunden. In der dargestellten Ausgestaltung erstreckt sich der Bodenbereich 16 im Wesentlichen in Radialrichtung und in Umfangsrichtung. Der Bodenbereich 16 ist im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet. Der Rotorträger 11 ist insbesondere einstückig ausgebildet.
-
Der Rotor 10 weist mehrere Magnete 17 und mehrere Lamellenblechpakete 18 auf. Die Magnete 17 sind dabei insbesondere mit den Lamellenblechpaketen 18 verklebt. Die Lamellenblechpakete 18 können nicht näher bezeichnete Taschen aufweisen, in die die Magnete 17 eingeklebt sind. Der Stator 9 weist mehrere Wicklungen 19 auf, wobei die Wicklungen 19 über entsprechende Anschlüsse 20 bestrombar sind. Der Stator 9 weist ferner ein Statorblechpaket 21 auf.
-
Die Anordnung, bestehend aus dem Rotor 10 und dem Rotorträger 11 weist nun ein gehäuseseitiges Ende 22 und ein getriebeseitiges Ende 23 auf.
-
Die eingangs genannten Nachteile sind nun dadurch vermieden, dass ein erstes Ölleitmittel 24 an einem Ende 22 der elektrischen Maschine 2 angeordnet ist, wobei mittels des ersten Ölleitmittels 24 das Öl durch eine Ölablauföffnung 27 im Rotorträger 11 zu dem anderen Ende 23 der elektrischen Maschine 2 leitbar ist.
-
Das erste Ölleitmittel 24 ist am gehäuseseitigen Ende 22 des Rotorträgers 11 angeordnet. Das Ölleitmittel 24 dient dazu, dass im wesentlichen radial nach außen geschleuderte Öl zumindest teilweise axial in Richtung des gehäuseseitigen Endes 22 abzulenken. Dafür erstreckt sich das Ölleitmittel 24 zumindest teilweise innerhalb des durch den Rotorträger 11 gebildeten Ringraumes 26, wobei das Ölleitmittel 24 sich derart schräg in Richtung der Seitenwandung 6 des Gehäuses 4 erstreckt, so dass ein Ölfluss zwischen dem Gehäuse 4 und dem Rotor 10 zumindest teilweise verhindert wird. Das im Wesentlichen axial nach außen geschleuderte Öl wird durch das Ölleitmittel 24 abgefangen und in Richtung der Innenumfangsfläche des Rotorträgers 11, nämlich des Tragbereiches 14 abgeleitet. Es ist nun besonders vorteilhaft, dass der Bodenbereich 16 mindestens eine Ölablauföffnung 27 aufweist, wobei das so durch das Ölleitmittel 24 axial abgeleitet Öl durch den Bodenbereich 16 von dem gehäuseseitigen Ringraum 26 in einen kupplungsseitigen Ringraum 28 ableitbar ist. Die Ölablauföffnungen 27 können in einer Ausgestaltung auf einfache Art und Weise als Bohrungen ausgebildet sein. Die Form und Anordnung der Ölablauföffnungen 27 können jedoch variieren. Vorzugsweise sind die Ölablauföffnungen 27 zumindest in der Nähe des Innenumfang des Tragbereiches 14 angeordnet beziehungsweise ausgebildet. In dem kupplungsseitigen Ringraum 28 ist ferner eine Trennkupplung (nicht dargestellt) angeordnet, wobei mittels der Trennkupplung das Drehmoment eines Verbrennungsmotors über eine Antriebswelle mit dem Rotorträger 11 koppelbar ist. Hierzu weist der Rotorträger 11 insbesondere entsprechende Rippen 29 im kupplungsseitigen Ringraum 28 auf.
-
Das Ölleitmittel 24 weist einen Ölleitbereich 30 auf, wobei der Ölleitbereich 30 sich im Wesentlichen konisch innerhalb des Ringraumes 26 erstreckt. Wie insbesondere in 2 gut zu erkennen ist, weist das Ölleitmittel 24 ferner einen im wesentlichen zylindrischen Bereich 31 auf, wobei vorzugsweise der zylindrische Bereich 31 mittels eines Presssitzes innen am Rotorträger 11 befestigt ist. Der Rotorträger 11 weist dabei in seinem Innenumfang eine Ausnehmung 32 auf, wobei das Ölleitmittel 24 mittels eines Eingriffselement 33, insbesondere einer Lasche in die Ausnehmung 32 eingreift. Die Ausnehmung 32 ist hier insbesondere als Rille oder dergleichen ausgebildet. Hierdurch ist auf einfache Art und Weise eine Verliersicherung gebildet.
-
In bevorzugter Ausgestaltung weist das Ölleitmittel 24 ferner einen Stützbereich 34 auf, wobei das Ölleitmittel 24 mittels des Stützbereiches 34 insbesondere federnd an der Stirnseite 35 des Rotors 10 abgestützt ist.
-
Im Folgenden darf auf das zweite Ölleitmittel 25 näher anhand von 3 eingegangen werden.
-
Das zweite Ölleitmittel 25 ist an der kupplungsseitigen Stirnseite 36 des Rotors 10 angeordnet. Das Ölleitmittel 25 weist dabei einen Stützbereich 37 und einen Ölleitbereich 38 auf. Der Stützbereich 37 ist an der Stirnseite 36 des Rotors 10 abgestützt. Der Stützbereich 36 ist insbesondere in Form eines gewölbt ausgebildeten Ringes geformt. Der Ölleitbereich 38 erstreckt sich im Wesentlichen konisch schräg nach außen und ragt in Axialrichtung gesehen über das Ende 23 des Rotorträgers 11 hinaus. An dem Rotorträger 11 ist ein Lamellenträger 39 einer nicht näher bezeichneten und nicht näher dargestellten Doppelkupplung angeordnet. Das aus dem Lamellenträger 39 im wesentlichen radial austretende Öl und das an der Innenumfangsfläche des Rotorträgers 11 entlang geleitete Öl wird durch den Ölleitbereich 38 axial von dem Stator 9 und damit auch von dem Spalt 40 weg geleitet. Der Spalt 40 ist zwischen dem Rotor 10 und dem Stator 9 ausgebildet. Dadurch, dass mittels der Ölleitmittel 24, 25 weniger Öl in den Spalt 40 eintritt, werden Schleppmomente reduziert. Das Ölleitmittel 25 ist insbesondere derart federnd ausgestaltet, so dass das Ölleitmittel 25 eine axiale Vorspannung gegen die Stirnseite 36 des Rotorträgers 11 aufbringt. Durch die auf den Ölleitbereich 38 wirkende Fliehkraft wird der Ölleitbereich 38 ein wenig nach radial außen gebogen, so dass der Stützbereich 37 gegen die Stirnseite 36 gedrängt wird. Dies hat den besonderen Vorteil, dass insbesondere bei hohen Drehzahlen der schulterförmige Stützbereich 37 gegen die Stirnseite 36 gedrückt wird. Hierdurch wird auch bei hohen Drehzahlen der Rotor 10 mit den entsprechenden Magneten 17 stabilisiert. Der Stützbereich 37 ist insbesondere im Wesentlichen in Höhe der Magnete 17 an der Stirnseite 36 abgestützt.
-
Ein Ölstau zwischen dem Gehäuse 4 und der elektrischen Maschine 2 ist ferner dadurch vermieden, dass das Statorblechpaket 21 mindestens einen Ölkanal 41 (vgl. 1) aufweist, wobei der Ölkanal 41 sich vorzugsweise in Form von mindestens einer Nut im Wesentlichen in Axialrichtung entlang des Stators 9 erstreckt. Der Ölkanal 41 ist hier an der Außenseite des Statorblechpaketes 21 in Form einer Nut (nicht näher bezeichnet) ausgebildet. Vorzugsweise sind mehrere zueinander beabstandete Nuten an der Außenseite des Statorblechpaketes 21 ausgebildet. In bevorzugter Ausgestaltung sind beispielsweise 24 Nuten, insbesondere gleichmäßig beabstandet an der Außenseite des Statorblechpaketes 21 ausgebildet. Hierdurch kann das zwischen der elektrischen Maschine 2 und dem Gehäuse 4 befindliche Öl auf einfache Art und Weise abfließen, ohne dass das Öl in den Spalt 40 fließen muss. Hierdurch sind Schleppmomente zumindest vermindert. Die axiale Länge des Mantelbereiches 5 ist dabei derart bemessen, so dass das Öl aus dem Ölkanal 41 an der entsprechenden nicht näher bezeichneten kupplungsseitigen Öffnung des Ölkanals 41 austreten kann und von da aus weiter nach radial außen abgeleitet werden kann. Die hier beschriebenen Maßnahmen verhindern insbesondere in Kombination, dass Öl in größeren Mengen in den Spalt 40 der elektrischen Maschine 2 gelangt. Ein Volllaufen der elektrischen Maschine 2 mit Öl wird durch den kontinuierlichen Ölabtransport verhindert. Es wird hierdurch eine besonders gute Ölzirkulation ermöglicht, die die elektrische Maschine 2 zusätzlich kühlt. Mittels der Ölleitmittel 24, 25 sind die Lamellenblechpakete 18 beziehungsweise Rotorblechpakete axial gespannt und dadurch im Betrieb zusätzlich gesichert. Die Dauerleistung des Hybridantriebsmoduls 1 ist gesteigert.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Hybridantriebsmodul
- 2
- elektrische Maschine
- 3
- Kupplungsgehäuse
- 4
- Gehäuse
- 5
- Mantelbereich
- 6
- Seitenwandung
- 7
- Ölraum
- 8
- Lagerbereich
- 9
- Stator
- 10
- Rotor
- 11
- Rotorträger
- 12
- Lager
- 13
- Lager
- 14
- Tragbereich
- 15
- Fußbereich
- 16
- Bodenbereich
- 17
- Magnet
- 18
- Rotorblechpaket
- 19
- Wicklung
- 20
- Anschlüsse
- 21
- Statorblechpaket
- 22
- Ende (gehäuseseitig)
- 23
- Ende (kupplungsseitig)
- 24
- Ölleitmittel
- 25
- Ölleitmittel
- 26
- Ringraum
- 27
- Ölablauföffnung
- 28
- Ringraum
- 29
- Rippe
- 30
- Ölleitbereich
- 31
- zylindrischer Bereich
- 32
- Ausnehmung
- 33
- Eingriffselement
- 34
- Stützbereich
- 35
- Stirnseite
- 36
- Stirnseite
- 37
- Stützbereich
- 38
- Ölleitbereich
- 39
- Lamelle
- 40
- Spalt
- 41
- Ölkanal
-
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 102011120809 A1 [0002]
- AT 412311 B [0003]
- DE 102005021907 A1 [0004]
