DE102014204623A1

DE102014204623A1 - Trägerstruktur für induktorbaugruppe

Info

Publication number: DE102014204623A1
Application number: DE102014204623.8A
Authority: DE
Inventors: Behzad Vafakhah; Shailesh Shrikant Kozarekar; Shahram Zarei; Brandon Dobbins; Vincent Skalski; Sudhir Kumar
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2014-09-18
Also published as: CN104052246B; US9892842B2; US20180166201A1; US10490333B2; CN104052246A; US20140266527A1

Abstract

Es ist ein Fahrzeug mit einem Getriebe und einer Induktorbaugruppe, die in einer Kammer des Getriebes montiert ist, vorgesehen. Die Induktorbaugruppe enthält eine Wicklung, einen Kern und einen Isolator mit einem ersten und zweiten Teil, die zueinander orientiert sind. Jedes Teil enthält eine Basis, einen Träger, der sich von der Basis erstreckt, und eine Spule, die sich quer vom Träger in den Eingriff mit dem anderen Teil erstreckt. Jede Spule enthält eine Außenfläche, die eine Wicklung trägt, und einen hindurchgehenden Hohlraum zur Aufnahme des Kerns.

Description

Eine oder mehrere Ausführungsform(en) betreffen eine Induktorbaugruppe eines DC/DC-Wandlers und eine Trägerstruktur für die Induktorbaugruppe im Inneren eines Getriebegehäuses.
Der Begriff “Elektrofahrzeug”, wie hierin verwendet, enthält Fahrzeuge mit einer Elektromaschine für den Fahrzeugantrieb, wie Batterie-Elektrofahrzeuge (BEV), Hybridelektrofahrzeuge (HEV) und Steckdosen-Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEV). Ein BEV enthält eine Elektromaschine, wobei die Energiequelle für die Elektromaschine eine Batterie ist, die von einem externen Stromnetz wiederaufladbar ist. In einem BEV ist die Batterie die Energiequelle für den Fahrzeugantrieb. Ein HEV enthält einen Verbrennungskraftmotor und eine oder mehrere Elektromaschine(n), wobei die Energiequelle für den Motor Kraftstoff ist und die Energiequelle für die Elektromaschine eine Batterie ist. In einem HEV ist der Motor die Hauptenergiequelle für den Fahrzeugantrieb, während die Batterie zusätzliche Energie für den Fahrzeugantrieb bereitstellt (die Batterie speichert Kraftstoffenergie und gewinnt kinetische Energie in elektrischer Form). Ein PHEV ist wie ein HEV, aber das PHEV hat eine Batterie größerer Kapazität, die aus dem externen Stromnetz wiederaufladbar ist. In einem PHEV ist die Batterie die Hauptenergiequelle für den Fahrzeugantrieb, bis die Batterie auf einen niederen Energiepegel entleert ist, wonach das PHEV wie ein HEV für den Fahrzeugantrieb arbeitet.
Elektrofahrzeuge können einen Spannungswandler (DC/DC-Wandler) enthalten, der zwischen der Batterie und der Elektromaschine angeschlossen ist. Elektrofahrzeuge, die AC-Elektromaschinen haben, enthalten auch einen Wechselrichter, der zwischen dem DC/DC-Wandler und jeder Elektromaschine angeschlossen ist. Ein Spannungswandler erhöht (“verstärkt”) oder verringert (“senkt”) das Spannungspotential, um eine Optimierung einer Drehmomentkapazität zu erleichtern. Der DC/DC-Wandler enthält eine Induktor-(oder Reaktor-)Baugruppe, Schalter und Dioden. Eine typische Induktorbaugruppe enthält eine leitende Wicklung, die um einen Magnetkern gewickelt ist. Die Induktorbaugruppe erzeugt Wärme, wenn Strom durch die Wicklung fließt. Ein bestehendes Verfahren zum Kühlen des DC/DC-Wandlers durch Zirkulieren von Fluid durch eine Leitung, die nahe dem Induktor verläuft, ist in U.S. 2004/0045749 an Jaura et al. offenbart.
In einer Ausführungsform ist ein Fahrzeug mit einem Getriebe und einer Induktorbaugruppe vorgesehen, die in einer Kammer des Getriebes montiert ist. Die Induktorbaugruppe enthält einen Isolator mit einem ersten und zweiten Teil, die zueinander orientiert sind. Jeder Teil enthält eine Basis, einen Träger, der sich von der Basis erstreckt, und eine Spule, die sich quer vom Träger in den Eingriff mit dem anderen Teil erstreckt. Jede Spule enthält eine Außenfläche, die eine Wicklung trägt, und einen hindurchgehenden Hohlraum zur Aufnahme eines Kerns.
In einer anderen Ausführungsform ist eine Induktorbaugruppe mit einer Wicklung, einem Kern und einem Isolator vorgesehen, die in einer Getriebekammer montiert ist. Der Isolator enthält einen ersten und zweiten Teil, die zueinander orientiert sind. Jedes Teil enthält eine Basis, einen Träger, der sich von der Basis erstreckt, und eine Spule, die sich quer vom Träger in den Eingriff mit der Spule des anderen Teils erstreckt. Jede Spule enthält eine Außenfläche, die eine Wicklung trägt, und einen hindurchgehenden Hohlraum zur Aufnahme des Kerns.
In einer noch anderen Ausführungsform ist ein Getriebe vorgesehen, das eine Kammer begrenzt. Das Getriebe enthält eine Induktorbaugruppe, die in der Kammer montiert ist. Die Induktorbaugruppe enthält einen Isolator mit einem ersten und zweiten Teil, die zueinander orientiert sind. Jedes Teil enthält eine Basis, einen Träger, der sich von der Basis erstreckt, und eine Spule, die sich quer vom Träger in den Eingriff mit dem anderen Teil erstreckt. Jede Spule enthält eine Außenfläche, die eine Wicklung trägt, und einen hindurchgehenden Hohlraum zur Aufnahme eines Kerns.
Als solches bieten das Getriebe und die Induktorbaugruppe Vorteile gegenüber bestehenden Systemen, indem sie eine Struktur zum Tragen der Wicklung und des Kerns bereitstellen, während eine direkte Kühlung der Wicklung und des Kerns mit Getriebefluid erleichtert wird.
1 ist eine Vorderansicht eines Getriebes und eines variablen Spannungswandlers (VVC) mit einer Induktorbaugruppe und zeigt eine Trägerstruktur der Induktorbaugruppe im Getriebe gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en);
2 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges mit dem Getriebe und dem VVC von 1;
3 ist ein Schaltkreisdiagramm des VVC von 1;
4 ist eine Schnittansicht einer Trägerstruktur einer Induktorbaugruppe gemäß einer anderen Ausführungsform;
5 ist eine vergrößerte perspektivische Vorderansicht einer Induktorbaugruppe mit einer Trägerstruktur gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en);
6 ist eine Schnittansicht der Induktorbaugruppe von 5 entlang Schnittlinie VI-VI;
7 ist eine in Einzelteile aufgelöste Ansicht der Induktorbaugruppe von 5;
8 ist eine perspektivische Vorderansicht eines Teils des Getriebes und der Trägerstruktur einer Induktorbaugruppe gemäß einer anderen Ausführungsform;
9 ist eine perspektivische Vorderansicht eines Teils des Getriebes und der Trägerstruktur einer Induktorbaugruppe gemäß einer anderen Ausführungsform;
10 ist eine perspektivische Vorderansicht eines Teils des Getriebes und der Trägerstruktur der Induktorbaugruppe von 9 gemäß einer anderen Ausführungsform;
11 ist eine andere perspektivische Vorderansicht der Trägerstruktur von 10 der Induktorbaugruppe von 9;
12 ist eine Schnittansicht der Struktur und Induktorbaugruppe von 11 entlang Schnittlinie XII-XII;
13 ist eine perspektivische Seitenansicht der Trägerstruktur der Induktorbaugruppe von 9 gemäß einer anderen Ausführungsform;
14 ist eine Schnittansicht der Struktur und Induktorbaugruppe von 13 entlang Schnittlinie XIV-XIV;
15 ist eine perspektivische Seitenansicht eines Teils der Struktur von 13;
16 ist eine perspektivische Seitenansicht eines Teils der Struktur von 13 gemäß einer anderen Ausführungsform;
17 ist eine perspektivische Seitenansicht der Trägerstruktur der Induktorbaugruppe von 9 gemäß einer anderen Ausführungsform, die die Induktorbaugruppe teilweise in einem ölkompatiblen Vergussmaterial eingebettet zeigt; und
18 ist eine Schnittansicht der Struktur und Induktorbaugruppe von 17 entlang Schnittlinie XVIII-XVIII.
Wie erforderlich, sind hierin ausführliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es ist jedoch klar, dass die offenbarten Ausführungsformen für die Erfindung nur beispielhaft sind, die in verschiedenen und anderen Formen ausgeführt werden kann. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert sein, um Einzelheiten gewisser Komponenten zu zeigen. Daher sind bestimmte, hierin offenbarte strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend, sondern lediglich als eine repräsentative Basis zu verstehen, die einen Fachmann auf dem Gebiet lehrt, die vorliegende Erfindung auf unterschiedliche Weise anzuwenden.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein DC/DC-Wandler gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 versehen.
Der DC/DC-Wandler 10 kann auch als variabler Spannungswandler (VVC) 10 bezeichnet werden. Der VVC 10 ist eine Baugruppe mit Komponenten, die sowohl im Inneren wie auch Äußeren eines Getriebes 12 montiert sind. Der VVC 10 enthält eine Induktorbaugruppe 14 mit einer freiliegenden Fläche, die im Inneren des Getriebes 12 montiert ist. Der VVC 10 enthält auch eine Reihe von Schalter und Dioden (in 3 dargestellt), die an der Außenseite des Getriebes 12 montiert sind und betriebsbereit an die Induktorbaugruppe 14 gekoppelt sind. Durch die Montage der Induktorbaugruppe 14 im Getriebe 12 kann die freiliegende Oberfläche der Induktorbaugruppe 14 direkt durch Getriebefluid gekühlt werden, wodurch die thermische Leistungsfähigkeit verbessert werden kann. Das Getriebe 12 enthält eine zusätzliche Struktur zum Tragen der Induktorbaugruppe 14, während das Getriebefluid durch die Struktur strömen und mit der freiliegenden Oberfläche in Kontakt gelangen kann.
Unter Bezugnahme auf 2 ist das Getriebe 12 in einem Steckdosen-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) 16 dargestellt, das ein Elektrofahrzeug ist, das von einer Elektromaschine 18 mit Hilfe eines Verbrennungskraftmotors 20 angetrieben wird und an ein externes Stromnetz angeschlossen werden kann. Die Elektromaschine 18 ist ein AC-Elektromotor gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) und in 1 als “Motor” 18 dargestellt. Die Elektromaschine 18 empfängt elektrische Leistung und stellt ein Antriebsmoment für den Fahrzeugantrieb bereit. Die Elektromaschine 18 dient auch als Generator zum Umwandeln mechanischer Leistung in elektrische Leistung durch Nutzbremsung.
Das Getriebe 12 hat gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) eine Leistungsteilungskonfiguration. Das Getriebe 12 enthält die erste Elektromaschine 18 und eine zweite Elektromaschine 24. Die zweite Elektromaschine 24 ist ein AC-Elektromotor gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) und in 1 als der “Generator” 24 dargestellt. Wie die erste Elektromaschine 18 empfängt die zweite Elektromaschine 24 elektrische Leistung und stellt ein Abtriebsdrehmoment bereit. Die zweite Elektromaschine 24 dient auch als Generator zum Umwandeln mechanischer Leistung in elektrische Leistung und zur Optimierung des Leistungsflusses durch das Getriebe 12.
Das Getriebe 12 enthält eine Planetengetriebeeinheit 26, die ein Sonnenrad 28, einen Steg 30 und ein Zahnrad 32 enthält. Das Sonnenrad 28 ist mit einer Abtriebswelle der zweiten Elektromaschine 24 zur Aufnahme eines Generatormoments verbunden. Der Steg 30 ist mit einer Abtriebswelle des Motors 20 zur Aufnahme eines Motormoments verbunden. Die Planetengetriebeeinheit 26 kombiniert das Generatormoment und das Motormoment und stellt ein kombiniertes Abtriebsdrehmoment um das Zahnrad 32 bereit. Die Planetengetriebeeinheit 26 dient als kontinuierlich variables Getriebe, ohne festgelegte oder “stufenförmige“ Übersetzungen.
Das Getriebe 12 enthält auch eine Einwegkupplung (O.W.C.) und eine Generatorbremse 33 gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en). Die O.W.C. ist an die Abtriebswelle des Motors 20 gekoppelt, so dass die Abtriebswelle nur in eine Richtung drehen kann. Die O.W.C. hält das Getriebe 12 davon ab, den Motor 20 zurückzufahren. Die Generatorbremse 33 ist an die Abtriebswelle der zweiten Elektromaschine 24 gekoppelt. Die Generatorbremse 33 kann betätigt werden, um zu “bremsen” oder die Rotation der Abtriebswelle der zweiten Elektromaschine 24 und des Sonnenrads 28 zu verhindern. In anderen Ausführungsformen fehlen die O.W.C. und Generatorbremse 33 und sind durch Steuerstrategien für den Motor 20 und die zweite Elektromaschine 24 ersetzt.
Das Getriebe 12 beinhaltet eine Vorgelegewelle mit Zwischenrädern, einschließlich eines ersten Zahnrades 34, eines zweiten Zahnrades 36 und eines dritten Zahnrades 38. Ein Planetenabtriebsrad 40 ist mit dem Zahnrad 32 verbunden. Das Planetenabtriebsrad 40 greift in das erste Zahnrad 34, um ein Moment zwischen der Planetengetriebeeinheit 26 und der Vorgelegewelle zu übertragen. Ein Abtriebsrad 42 ist mit einer Abtriebswelle der ersten Elektromaschine 18 verbunden. Das Abtriebsrad 42 greift in das zweite Zahnrad 36, um ein Moment zwischen der ersten Elektromaschine 18 und der Vorgelegewelle zu übertragen. Ein Getriebeabtriebsrad 44 ist mit einer Antriebswelle 46 verbunden. Die Antriebswelle 46 ist durch ein Differential 50 an ein Paar von angetriebenen Rädern 48 gekoppelt. Das Getriebeabtriebsrad 44 greift in das dritte Zahnrad 38, um das Moment zwischen dem Getriebe 12 und den angetriebenen Rädern 48 zu übertragen.
Das Fahrzeug 16 enthält eine Energiespeichervorrichtung, wie eine Batterie 52, zum Speichern elektrischer Energie. Die Batterie 52 ist eine Hochspannungsbatterie, die imstande ist, elektrischen Strom abzugeben, um die erste Elektromaschine 18 und die zweite Elektromaschine 24 zu betreiben. Die Batterie 52 erhält auch elektrischen Strom von der ersten Elektromaschine 18 und der zweiten Elektromaschine 24, wenn diese als Generatoren betrieben werden. Die Batterie 52 ist ein Batteriesatz aus mehreren Batteriemodulen (nicht dargestellt), wobei jedes Batteriemodul mehrere Batteriezellen (nicht dargestellt) enthält. Andere Ausführungsformen des Fahrzeugs 16 erwägen verschiedene Arten von Energiespeichervorrichtungen, wie Kondensatoren und Brennstoffzellen (nicht dargestellt), welche die Batterie 52 ergänzen oder ersetzen. Eine Hochspannungssammelschiene verbindet die Batterie 52 elektrisch mit der ersten Elektromaschine 18 und zweiten Elektromaschine 24.
Das Fahrzeug enthält ein Batterieenergiesteuermodul (BECM) 54 zum Steuern der Batterie 52. Das BECM 54 empfängt einen Eingang, der Fahrzeugbedingungen und Batteriebedingungen, wie Batterietemperatur, Spannung und Strom, anzeigt. Das BECM 54 berechnet und schätzt Batterieparameter, wie Batterieladezustand und die Batterieleistungsfähigkeit. Das BECM 54 liefert einen Ausgang (BSOC, P_cap), der einen Batterieladezustand (BSOC) und eine Batterieleistungsfähigkeit anzeigt, an andere Fahrzeugsysteme und Steuerungen.
The Getriebe 12 enthält den VVC 10 und einen Wechselrichter 56. Der VVC 10 und der Wechselrichter 56 sind elektrisch zwischen der Hauptbatterie 52 und der ersten Elektromaschine 18; und zwischen der Batterie 52 und der zweiten Elektromaschine 24 angeschlossen. Der VVC 10 “verstärkt” oder erhöht das Spannungspotential der von der Batterie 52 bereitgestellten elektrischen Leistung. Der VVC 10 “vermindert” oder senkt auch das Spannungspotential der von der Batterie 52 bereitgestellten elektrischen Leistung gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en). Der Wechselrichter 56 richtet die von der Batterie 52 gelieferte DC Leistung (durch den VVC 10) in eine AC Leistung zum Betreiben der Elektromaschinen 18, 24 um. Der Wechselrichter 56 richtet auch die von den Elektromaschinen 18, 24 bereitgestellte AC Leistung in DC zum Laden der Hauptbatterie 52 gleich. Andere Ausführungsformen des Getriebes 12 enthalten mehrere Wechselrichter (nicht dargestellt), wie einen Wechselrichter, der jeder Elektromaschine 18, 24 zugeordnet ist.
Das Getriebe 12 enthält ein Getriebesteuermodul (TCM) 58 zum Steuern der Elektromaschinen 18, 24, des VVC 10 und des Wechselrichters 56. Das TCM 58 ist unter anderem zum Überwachen der Position, Drehzahl und des Leistungsverbrauchs der Elektromaschinen 18, 24 gestaltet. Das TCM 58 überwacht auch elektrische Parameter (z.B. Spannung und Strom) an verschiedenen Stellen im VVC 10 und im Wechselrichter 56. Das TCM 58 liefert Ausgangssignale, die diesen Informationen entsprechen, zu anderen Fahrzeugsystemen.
Das Fahrzeug 16 enthält eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC) 60, die mit anderen Fahrzeugsystemen und Steuerungen zur Koordination ihrer Funktion kommuniziert. Obwohl als einzelne Steuerung dargestellt, kann die VSC 60 mehrere Steuerungen enthalten, die zum Steuern mehrerer Fahrzeugsysteme gemäß einer übergreifenden Fahrzeugsteuerlogik oder Software verwendet werden können.
Die Fahrzeugsteuerungen, einschließlich der VSC 60 und des TCM 58, enthalten allgemein beliebig viele Mikroprozessoren, ASICs, ICs, Speicher (z.B. FLASH, ROM, RAM, EPROM und/oder EEPROM) und Softwarecode, um gemeinsam eine Reihe von Tätigkeiten auszuführen. Die Steuerungen beinhalten auch vorherbestimmte Daten, oder “Nachschlagetabellen“, die auf Berechnungen und Testdaten basieren und im Speicher abgespeichert sind. Die VSC 60 kommuniziert mit anderen Fahrzeugsystemen und Steuerungen (z.B. dem BECM 54 und dem TCM 58) über eine oder mehrere festverdrahtete oder kabellose Fahrzeugverbindung(en) unter Verwendung gängiger Sammelschienenprotokolle (z.B., CAN und LIN). Die VSC 60 empfängt einen Eingang (PRND), der eine momentane Position des Getriebes 12 (z.B. Parken, Rückwärts, Leerlauf oder Fahren) darstellt. Die VSC 60 empfängt auch einen Eingang (APP), der eine Gaspedalposition darstellt. Die VSC 60 stellt einen Ausgang bereit, der ein gewünschtes Lenkradmoment, eine gewünschte Motordrehzahl und einen Generatorbremsbefehl an das TCM 58 darstellt; und eine Schützsteuerung an das BECM 54.
Das Fahrzeug 16 enthält ein Bremssystem (nicht dargestellt), das ein Bremspedal, einen Verstärker (Booster), einen Hauptzylinder, wie auch mechanische Verbindungen zu den angetriebenen Rädern 48, um ein Reibungsbremsen zu bewirken, enthält. Das Bremssystem enthält auch Positionssensoren, Drucksensoren oder irgendeine Kombination daraus, um Informationen, wie Bremspedalposition (BPP), die einer Lenkeraufforderung für ein Bremsmoment entspricht, bereitzustellen. Das Bremssystem enthält auch ein Bremssystemsteuermodul (BSCM) 62, das mit der VSC 60 kommuniziert, um ein Nutzbremsen und Reibungsbremsen zu koordinieren. Das BSCM 62 leitet gemäß einer Ausführungsform einen Nutzbremsbefehl zur VSC 60.
Das Fahrzeug 16 enthält ein Motorsteuermodul (ECM) 64 zum Steuern des Motors 20. Die VSC 60 leitet einen Ausgang (gewünschtes Motormoment) zum Motorsteuermodul 64, der auf etlichen Eingangssignalen, einschließlich APP, basiert und einer Lenkeraufforderung für einen Fahrzeugantrieb entspricht.
The Fahrzeug 16 ist gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) als Steckdosen-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) gestaltet. Die Batterie 52 empfängt periodisch AC-Energie von einer externen Stromversorgung oder einem Stromnetz über einen Ladeanschluss 66. Das Fahrzeug 16 enthält auch ein bordeigenes Ladegerät 68, das die AC-Energie vom Ladeanschluss 66 empfängt. Das Ladegerät 68 ist ein AC/DC Wandler, der die erhaltene AC-Energie in DC-Energie umwandelt, die zum Laden der Batterie 52 geeignet ist. Das Ladegerät 68 leitet seinerseits die DC-Energie während des Wiederaufladens an die Batterie 52.
Wenn auch im Zusammenhang mit einem PHEV 16 beschrieben und dargestellt, versteht es sich, dass Ausführungsformen des VVC 10 in anderen Arten von Elektrofahrzeugen, wie einem HEV oder einem BEV, ausgeführt werden können.
Unter Bezugnahme auf 3 enthält der VVC 10 eine erste Schalteinheit 78 und eine zweite Schalteinheit 80 zum Verstärken der Eingangsspannung (V_bat), um eine Ausgangsspannung (V_dc) bereitzustellen. Die erste Schalteinheit 78 enthält einen ersten Transistor 82, der parallel mit einer ersten Diode 84 verbunden ist, wobei aber ihre Polaritäten verschoben (anti-parallel) sind. Die zweite Schalteinheit 80 enthält einen zweiten Transistor 86, der anti-parallel mit einer zweiten Diode 88 verbunden ist. Jeder Transistor 82, 86 kann eine beliebige Art von steuerbarem Schalter sein (z.B. ein bipolarer Transistor mit isoliertem Gate (IGBT) oder ein Feldeffekttransistor (FET)). Zusätzlich wird jeder Transistor 82, 86 einzeln durch das TCM 58 gesteuert. Die Induktorbaugruppe 14 ist als ein Eingangsinduktor dargestellt, der in Serie zwischen der Hauptbatterie 52 und den Schalteinheiten 78, 80 angeschlossen ist. Der Induktor 14 erzeugt einen Magnetfluss, wenn Strom zugeführt wird. Wenn sich der Strom, der durch den Induktor 14 fließt, ändert, wird ein zeitabhängiges Magnetfeld erzeugt und eine Spannung induziert. Andere Ausführungsformen des VVC 10 enthalten verschiedene Schaltungskonfigurationen (z.B. mehr als zwei Schalter).
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 enthält das Getriebe 12 ein Getriebegehäuse 90, das ohne Abdeckung dargestellt ist, um die inneren Komponenten zu zeigen. Wie oben beschrieben, enthalten der Motor 20, die Maschine 18 und der Generator 24 Abtriebsräder, die in entsprechende Zahnräder der Planetengetriebeeinheit 26 greifen. Diese mechanischen Verbindungen erfolgen innerhalb einer Innenkammer 92 des Getriebegehäuses 90. Ein Leistungselektronikgehäuse 94 ist an einer Außenfläche des Getriebes 12 montiert. Der Wechselrichter 56 und das TCM 58 sind im Leistungselektronikgehäuse 94 montiert. Der VVC 10 enthält Komponenten (z.B. die Schalter 78, 80 und die Dioden 84, 88, die in 3 dargestellt sind), die im Leistungselektronikgehäuse 94 montiert sind, und die Induktorbaugruppe 14, die in der Kammer 92 des Getriebegehäuses 90 montiert ist.
Das Getriebe 12 enthält Fluid 96, wie Öl, zum Schmieren und Kühlen der Zahnräder, die sich in der Getriebekammer 92 befinden (z.B. der Zwischenräder 34, 36, 38). Die Getriebekammer 92 ist abgedichtet, um das Fluid 96 zu halten. Das Getriebe 12 enthält auch Pumpen und Leitungen (nicht dargestellt) zum Zirkulieren des Fluids 96 durch die Kammer 92.
Drehende Elemente (z.B. Zahnräder und Wellen) können Fluid 96 auf andere Komponenten verdrängen oder “spritzen”. Eine solche “Spritzregion” ist mit dem Buchstaben “A” in 1 bezeichnet und befindet sich in einem oberen Teil der Kammer 92. In Region A wird die Induktorbaugruppe 14 durch Getriebefluid 96 gekühlt, das von den drehenden Elementen weg spritzt. (z.B. dem zweiten Zwischenrad 36 und dem Differential 50), während diese drehen.
Das Getriebe 12 enthält Düsen 98, die das Getriebefluid 96 direkt auf Komponenten im Gehäuse 90 gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) sprühen. Eine solche “Sprühregion” ist in 1 mit dem Buchstaben “B” bezeichnet und liegt in einem Zwischenteil der Kammer 92. Die Induktorbaugruppe 14 kann in der Region B montiert sein und durch Getriebefluid 96 gekühlt werden, das aus der Düse 98 gesprüht wird. Die Induktorbaugruppe 14 kann auch Getriebefluid 96 aufnehmen, dass von nahen drehenden Elementen (z.B. der Planetengetriebeeinheit 26) weg spritzt. Andere Ausführungsformen des Getriebes 12 ziehen mehrere Düsen (Düsen) in Betracht, wobei eine oder mehrere Düse(n) an anderen Stellen der Kammer 92 montiert sind (z.B. ist eine Düse in Region A montiert).
Ferner sammelt sich das Getriebefluid 96 in einem unteren Teil der Kammer 92 an. Eine solche “Eintauchregion” ist in 1 mit dem Buchstaben “C” bezeichnet und befindet sich in einem unteren Teil der Kammer 92. Die Induktorbaugruppe 14 kann in der Region C montiert und in das Getriebefluid 96 eingetaucht sein.
4 zeigt eine Struktur 100 zum Tragen einer vergossenen Induktorbaugruppe 104, die für eine indirekte Kühlung gemäß einem bestehenden Verfahren gestaltet ist. Eine solche Induktorbaugruppe 104 ist außerhalb des Getriebegehäuses 90 (z.B. im Leistungselektronikgehäuse 94 von 1) montiert. Die Induktorbaugruppe 104 enthält einen Leiter 110, der um einen magnetischen Kern 112 gewickelt ist. Der magnetische Kern 112 enthält mehrere Kernelemente, die voneinander beabstandet sind, um Luftspalte 114 zu definieren. Keramische Abstandshalter können zwischen den Kernelementen zum Aufrechterhalten der Luftspalte 114 angeordnet sein. Die Struktur 100 enthält ein Induktorgehäuse 116 und eine Vergussmasse 118. Die Induktorbaugruppe 104 ist im Inneren des Induktorgehäuses 116 (z.B. einem Aluminiumgehäuse) eingeschlossen und leerer Raum um die Induktorbaugruppe 104 ist mit einem thermisch leitenden, elektrisch isolierenden Haftmaterial, wie der Vergussmasse 118 gefüllt. Das Induktorgehäuse 116 ist an eine kalte Platte 120 geklemmt und Wärmeleitpaste 122 wird zwischen dem Induktorgehäuse 116 und der kalten Platte 120 aufgetragen. Durch die kalte Platte 120 ist ein Durchgang 124 gebildet. Kaltes Fluid oder Kühlmittel (z.B. 50% Wasser und 50% Ethylenglycol) fließt durch den Durchgang 124. Wärme wird durch Konvektion vom Leiter 110 und dem Kern 112 zur Vergussmasse 118 und dann zum Gehäuse 116, zur Wärmeleitpaste 122 und schließlich in die kalte Platte 120 übertragen. Wärme von der kalten Platte 120 wird in das Kühlmittel, das durch den Durchgang 124 fließt, durch Konvektion übertragen.
Zusätzlich kann die kalte Platte 120 Lamellen 126 zur Übertragung von Wärme durch Konvektion in das umgebende Fluid enthalten.
Der Wärmewiderstand des Wärmeübertragungsweges vom Leiter 110 zum Kühlmittel, das durch den Durchgang 124 der kalten Platte 120 fließt, ist hoch. Die Wärmeleitpaste 122, die Vergussmasse 118 und die kalte Platte 120 tragen wesentlich zu diesem Widerstand bei. Infolgedessen ist die thermische Leistung dieser vergossenen Induktorbaugruppe 104 begrenzt und die Temperatur der Induktorbaugruppe 104 steigt an verschiedenen Stellen und kann vorgegebene Temperaturgrenzwerte bei hohen elektrischen Leistungslasten übersteigen. In einer oder mehreren Ausführungsform(en) kann eine Steuerung (z.B. das TCM von 1) die Leistung der Induktorbaugruppe 104 begrenzen, wenn Temperaturen der Induktorbaugruppe 104 solche vorgegebenen Grenzwerte übersteigen.
Die Temperatur der Induktorbaugruppe 104 ist von der Strommenge, die durch den Leiter 110 fließt, sowie dem Spannungspotential über dem Leiter 110 abhängig. Jüngste Trends bei Elektrofahrzeugen beinhalten eine höhere Stromkapazität des Induktors. Zum Beispiel führen eine erhöhte Batterieleistung für die erweiterte elektrische Reichweite in PHEVs und verringerte Batteriezellen für dieselbe Leistung in HEVs zu einem erhöhten Induktornennstrom in Elektrofahrzeugen. Außerdem führt eine verringerte Batteriespannung auch zu einer Erhöhung in den Induktor-AC-Verlusten aufgrund eines höheren Ausmaßes eines Hochfrequenzwechselstroms. Daher steigt allgemein aufgrund einer zusätzlichen Wärmeerzeugung die Temperatur der Induktorbaugruppe 104 und wenn Wärme nicht abgeleitet wird, kann die Induktortemperatur vorgegebene Grenzwerte übersteigen. Eine Lösung ist die Erhöhung des Querschnitts der Leiterwicklung, um den Induktorverlust zu verringern und auch die Wärmeableitung (aufgrund einer größeren Oberfläche) zu verbessern. Solche Änderungen vergrößern aber die gesamte Induktorbaugruppe. Eine größere Induktorbaugruppe ist schwierig in allen Fahrzeuganwendungen anzubringen und größere Komponenten beeinflussen den sparsamen Verbrauch und die Kosten des Fahrzeuges.
Anstatt die Induktorbaugruppe 104 zu vergrößern, um die thermische Leistung und Wärmekapazität des Induktors zu verbessern, kann die Induktorbaugruppe 104 in der Getriebekammer 92 montiert und direkt mit Getriebefluid 96 gekühlt werden, wie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Das Getriebefluid 96 ist ein elektrischer Isolator, der in direktem Kontakt mit elektrischen Komponenten (z.B. dem Leiter 110 und dem Kern 112) verwendet werden kann. Überschüssige Komponenten, die mit der Induktorbaugruppe 104 verbunden sind, können jedoch entfernt werden, wenn die Baugruppe 104 einer solchen direkten Kühlung ausgesetzt wird. Zum Beispiel können die Vergussmasse 118 und das Aluminiumgehäuse 116 entfernt werden. Die Vergussmasse 118 und das Gehäuse 116 tragen jedoch den Leiter 110 und den Kern 112. Zusätzlich ist eine Vibration im Inneren des Getriebes 12 stärker als an der Außenseite. Daher wird die gesamte Struktur der Induktorbaugruppe 104 abgeändert, um die Vergussmasse 118 und das Gehäuse 116 zu entfernen oder zu verkleinern und die Baugruppe im Inneren des Getriebes 12 zu montieren.
5 zeigt die Trägerstruktur der Induktorbaugruppe 14 im Getriebe 12 gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) und ist allgemein mit dem Bezugszeichen 200 bezeichnet. Die Induktorbaugruppe 14 stellt eine vereinfachte Version der Induktorbaugruppe 104 dar, die unter Bezugnahme auf 4 beschrieben wurde, wobei die überschüssigen Komponenten (z.B. die Vergussmasse, das Aluminiumgehäuse, die kalte Platte und die Wärmeleitpaste) entfernt wurden. Die Induktorbaugruppe 14 enthält einen Leiter 210, der zu zwei nebeneinander liegenden röhrenförmigen Wicklungen gebildet ist, einen Kern 212 und einen Isolator 214. Die Struktur 200 enthält den Isolator 214, der als zweiteiliger Bügel gebildet ist und den Leiter 210 und den Kern 212 trägt. Zusätzlich trennt der Isolator 214 den Leiter 210 physisch vom Kern 212 und ist aus einem elektrisch isolierenden polymeren Material, wie Polyphenylensulfid (PPS), gebildet.
Unter Bezugnahme auf 5–7 ist der Leiter 210 aus einem leitenden Material, wie Kupfer oder Aluminium, gebildet und zu zwei nebeneinander liegenden spiralförmigen Wicklungen, eine erste Wicklung 211 und eine zweite Wicklung 213, gebildet. Die Wicklungen werden mit einem rechteckigen (oder flachen) leitenden Draht durch einen Hochkantprozess gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) gebildet. Ein Eingangs- und Ausgangsanschlussdraht erstrecken sich vom Leiter 210 und sind an Komponenten angeschlossen, die außen an das Getriebe 12 montiert sind (z.B. die Batterie 52 und der Schalter 78, 80, wie in 2 und 3 dargestellt).
Der Kern 212 ist gemäß der dargestellten Ausführungsform in einer doppelten “C”-Konfiguration gebildet. Der Kern 212 enthält ein erstes Ende 216, ein zweites Ende 218, die jeweils in einer gekrümmten Form gebildet sind. Der Kern 212 enthält auch einen ersten Schenkel 220 und einen zweiten Schenkel 222 zum Verbinden des ersten Endes 216 mit dem zweiten Ende 218, um gemeinsam einen ringförmigen Kern 212 zu bilden. Jeder Schenkel 220, 222 enthält mehrere Kernelemente 224, die voneinander beabstandet sind, um Luftspalte zu definieren (6). Der Kern 212 ist gemäß einer Ausführungsform aus einem magnetischen Material, wie einem Eisen-Silizium-Legierungspulver gebildet. Zwischen den Kernelementen 224 können keramische Abstandshalter 226 angeordnet werden, um die Luftspalte aufrechtzuerhalten. Auf den Kern 212 kann ein Haftmittel aufgetragen werden, um die Position der Enden 216, 218 und der Schenkel 220, 222, einschließlich der Kernelemente 224 und der Abstandshalter 226, aufrechtzuerhalten. In anderen Ausführungsformen ist ein Gurt 228, wie in Phantomansicht in 5 dargestellt, um einen Außenumfang des Kerns 212 befestigt, um die Position der Enden 216, 218 und Schenkel 220, 222 aufrechtzuerhalten.
Unter Bezugnahme auf 7 ist der Isolator 214 als eine Spulenstruktur gebildet, mit einem ersten halben Teil 230 und einem zweiten halben Teil 230’, die im Allgemeinen symmetrisch zueinander sind. Jedes halbe Teil 230, 230’ enthält eine Basis 234, 234’, die auf einer Getriebewand liegt (1). Die Basis 234, 234’ enthält gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) Öffnungen 236, 236’ zur Aufnahme von Befestigungselementen (nicht dargestellt) zur Montage der Induktorbaugruppe 14 an dem Getriebe. Ein Träger 238, 238’ erstreckt sich quer von der Basis 234, 234’. Ein Paar von Spulen, einschließlich einer ersten Spule 240 und einer zweiten Spule 242, erstreckt sich vom Träger 238 des ersten halben Teils 230 in den Eingriff mit einer entsprechenden ersten Spule 240’ und zweiten Spule 242’, die sich vom Träger 238’ des zweiten halben Teils 230’ erstrecken. In einer Ausführungsform sind die ersten Spulen 240, 240’ koaxial entlang einer ersten Längsachse (nicht dargestellt) ausgerichtet und die zweiten Spulen 242, 242’ sind koaxial entlang einer zweiten Längsachse (nicht dargestellt) ausgerichtet, die parallel zur ersten Längsachse verläuft. Die Spulen 240, 240’, 242, 242’ sind jeweils in einer Röhrenform mit einem im Allgemeinen quadratisch geformten Querschnitt gebildet.
Wie in 6 dargestellt, trägt der Isolator 214 die Wicklung 210 und den Kern 212. Die ersten Spulen 240, 240’ stehen miteinander in Eingriff, um gemeinsam eine Außenfläche 244 zum Tragen der ersten Wicklung 211 bereitzustellen. Die ersten Spulen 240, 240’ definieren auch einen Hohlraum 246 zur Aufnahme des ersten Schenkels 220 des Kerns 212. Ebenso stehen die zweiten Spulen 242, 242’ miteinander in Eingriff, um gemeinsam eine Außenfläche 248 zum Tragen der zweiten Wicklung 213 bereitzustellen, und definieren einen Hohlraum 250 zur Aufnahme des zweiten Schenkels 222 des Kerns 212 (in 7 dargestellt). Gemäß der dargestellten Ausführungsform enthalten die Spulen 240, 240’, 242, 242’ mehrere Löcher 252, die eine Wärmeübertragung von den Schenkeln 220, 222 erleichtern, indem sie Getriebefluid leicht durch die Spulen 240, 240’, 242, 242’ gehen lassen. Andere Ausführungsformen des Isolators 214 enthalten nicht-symmetrische halbe Teile (nicht dargestellt). Zum Beispiel erstrecken sich in einer Ausführungsform des Isolators 214, die Spulen von einem der halben Teile aus und werden vom Träger des anderen halben Teils (nicht dargestellt) aufgenommen.
7 zeigt ein Verfahren zum Zusammenbauen der Induktorbaugruppe 14 gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en). Der Leiter 210 unter Verwendung eines Hochkantprozess wird zu einer ersten und zweiten Wicklung 211, 213 gebildet. Die halben Teile 230, 230’ werden dann zueinander verschoben, so dass die ersten Spulen 240, 240’ jeweils in den Hohlraum der ersten Wicklung 211 in entgegen gesetzte Richtungen eingesetzt werden und die zweiten Spulen 242, 242’ jeweils in den Hohlraum der zweiten Wicklung 213 in entgegen gesetzte Richtungen eingesetzt werden.
Der Kern 212 wird zusammengebaut, indem zuerst der erste und zweite Schenkel 220, 222 zusammengebaut werden, was das Befestigen der Kernelemente 224 und keramischen Abstandshalter 226 mit einem Klebstoff oder Laminat beinhaltet. Das erste Ende 216 des Kerns 212 wird dann an den Schenkeln 220, 222 befestigt. Eine Teilbaugruppe des Kerns 212, die das erste Ende 216 und die Schenkel 220, 222 enthält, wird zum Leiter 210 und Isolator 214 verschoben, so dass die Schenkel 220, 222 in die entsprechenden ersten und zweiten Spulen 240, 240’, 242, 242’ eingesetzt werden. Das zweite Ende 218 des Kerns 212 wird dann an einem fernen Ende jedes Schenkels 220, 222 mit einem Klebstoff oder Laminat befestigt. In einer oder mehreren Ausführungsform(en) wird ein Gurt 228 (in 5 dargestellt) um den Kern 212 gewickelt, um die Verbindung und Ausrichtung der verschiedenen Kernkomponenten aufrechtzuerhalten. In der dargestellten Ausführungsform stellt der Isolator 214 die Struktur 200 zum Tragen des Leiters 210 und des Kerns 212 bereit; und die Basis 234, 234’ ist für eine Montage an einer Wand des Getriebes ausgebildet (wie in 1 dargestellt). Die Induktorbaugruppe 204 kann jedoch einer starken Vibration im Getriebe ausgesetzt sein, abhängig davon, wo sie montiert ist (z.B. Regionen A, B oder C). Daher enthält in anderen Ausführungsformen das Getriebe eine zusätzliche Struktur zum Tragen und Montieren der Induktorbaugruppe 204 im Getriebe, wie in der Folge unter Bezugnahme auf 8–18 beschrieben ist.
Unter Bezugnahme auf 8 ist eine Trägerstruktur einer Induktorbaugruppe im Getriebe 12 gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) dargestellt und ist allgemein mit dem Bezugszeichen 800 bezeichnet. Die Struktur 800 enthält eine Vertiefung 802, die in einer Wand 803 des Getriebes 12 ausgebildet ist. Eine Induktorbaugruppe 804 wird von der Struktur 800 getragen. Die Induktorbaugruppe 804 enthält den Leiter 210, wie oben unter Bezugnahme auf 5–7 beschrieben, gemeinsam mit einem Kern 812 und einem Isolator 814.
Der Kern 812 ist ähnlich dem Kern 212, der oben unter Bezugnahme auf 5–7 beschrieben wurde, aber der Kern 812 enthält ein erstes Ende 816 und ein zweites Ende 818 mit hindurchgehenden Öffnungen 820 zur Aufnahme von Befestigungselementen 822. Jedes Befestigungselement 822 wird durch eine entsprechende Öffnung 820 eingesetzt und mit einem Gewindeloch (nicht dargestellt), das in der Wand 803 des Getriebes um die Vertiefung 802 gebildet ist, zur Montage der Induktorbaugruppe 804 am Getriebe 12 in Eingriff gebracht.
Der Leiter 210 und der Isolator 814 werden in der Vertiefung 802 angeordnet. Der Isolator 814 ist ähnlich dem zuvor unter Bezugnahme auf 5–7 beschriebenen Isolator 214, wobei der Isolator 814 aber eine Basis 824 ohne Montageöffnungen enthält.
Wie oben beschrieben, ist der Isolator 814 aus einem elektrisch isolierenden polymeren Material, wie PPS, gebildet und trennt den elektrisch leitenden Leiter 210 physisch vom Kern 812. Das Getriebe 12 ist aus einem elektrisch leitenden Material, wie einem Aluminium, gebildet. Zur Vermeidung elektrischer Verluste aufgrund der Montage des Kerns 812 am Getriebe 12 kann ein elektrisch isolierendes Material (nicht dargestellt) jeweils zwischen dem ersten Ende 816 und dem zweiten Ende 818 und dem Getriebe 12 angeordnet werden.
Unter Bezugnahme auf 9 ist eine Trägerstruktur einer Induktorbaugruppe im Getriebe 12 gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) dargestellt und ist allgemein mit dem Bezugszeichen 900 bezeichnet. Die Struktur 900 enthält eine Vertiefung 902, die in einer Wand 903 des Getriebes 12 gebildet ist. Eine Induktorbaugruppe 904 wird von der Struktur 900 getragen. Die Induktorbaugruppe 904 enthält den Leiter 210, den Kern 212 und den Isolator 814, wie oben unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen beschrieben, die in 5–8 dargestellt sind.
Die Induktorbaugruppe 904 hat eine derartige Größe, dass sie mit der Wand 903 in der Vertiefung 902 in Eingriff steht, um sowohl den Kern 212 in einer Ringform zu halten, wie auch die Induktorbaugruppe 904 am Getriebe zu montieren. Die Induktorbaugruppe 904 weist eine derartige Größe auf, dass eine longitudinale Länge des Kerns 212 einer longitudinalen Länge der Vertiefung 902, um eine Presspassung aufrechtzuerhalten, oder einem minimalen Zwischenraum entspricht. Die Kosten, die mit der Herstellung der Induktorbaugruppe 904 und der Struktur 900 bei solchen Dimensionen verbunden sind, können ein solches Design jedoch unerschwinglich teuer machen.
Unter Bezugnahme auf 10–12 ist eine Trägerstruktur einer Induktorbaugruppe im Getriebe 12 gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) dargestellt und ist allgemein mit dem Bezugszeichen 1000 bezeichnet. Die Struktur 1000 enthält eine Vertiefung 1002, die in einer Wand 1003 des Getriebes 12 gebildet ist. Die Induktorbaugruppe 904, wie oben unter Bezugnahme auf 9 beschrieben, die den Leiter 210, den Kern 212 und den Isolator 814 enthält, wird von der Struktur 1000 getragen.
Die Struktur 1000 enthält auch eine Feder, wie eine Federklammer 1006, die an einer ersten Innenfläche 1008 der Wand 1003 montiert ist. Die Induktorbaugruppe 904 weist eine derartige Größe auf, dass das zweite Ende 218 des Kerns mit der Federklammer 1006 in Eingriff steht. Die Federklammer 1006 übt eine längsgerichtete Kraft auf den Kern 212 aus, so dass das erste Ende 216 des Kerns mit einer zweiten Innenfläche 1110 der Wand 1003 in Eingriff gelangt, um sowohl den Kern 212 in einer Ringform zu halten, wie auch die Induktorbaugruppe 904 am Getriebe zu montieren. Die Federklammer 1006 verformt sich elastisch in die Längsrichtung, um Toleranzvariationen in der longitudinalen Länge des Kerns 212 auszugleichen, wodurch die Kosten, die mit der Herstellung der Induktorbaugruppe 904 und der Struktur 1000 verbunden sind, im Vergleich zu der Struktur 900, die in 9 dargestellt ist, gesenkt werden.
Unter Bezugnahme auf 11 enthält die Struktur 1000 gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) eine erste Platte 1112 und eine zweite Platte 1114, um die Induktorbaugruppe 904 in der Vertiefung 1002 zu halten. Die Platten 1112, 1114 sind an einer oberen Oberfläche 1116 der Wand 1003 befestigt und erstrecken sich über einen Teil des ersten Endes 216 bzw. des zweiten Endes 218 des Kerns 212.
12 zeigt eine Schnittansicht der Induktorbaugruppe 904 und der Struktur 1000, die die Induktorbaugruppe 904 im Getriebe 12 trägt. Wie in 12 dargestellt, können die erste Innenfläche 1008 und die zweite Innenfläche 1110 eine Stufe 1116 für einen Eingriff mit einer unteren Oberfläche des Kerns 212 enthalten, um eine zusätzliche Stütze bereitzustellen. Zur Vermeidung elektrischer Verluste aufgrund eines Kontakts zwischen dem Kern 212 und dem Getriebe 12 ist ein elektrisch isolierendes Material 1118 über dem Kern 212 an jeglichen möglichen Kontaktflächen angeordnet.
Die Induktorbaugruppe 904 wird durch das Getriebefluid 96 im Getriebe 12 gekühlt. Wärme wird durch Leitung vom Leiter 210 und vom Kern 212 durch das isolierende Material 1118 und dann zur Wand 1003 übertragen. Das Getriebefluid 96 kontaktiert die Wand 1003 wie auch den Leiter 210 und den Kern 212. Wärme wird von der Wand 1003, wie auch dem Leiter 210 und dem Kern 212 zum Getriebefluid 96 übertragen. Der Wärmewiderstand des Wärmeübertragungspfades von der nicht vergossenen Induktorbaugruppe 904 zum Getriebefluid 96 ist im Vergleich zum Wärmewiderstand der vergossenen Induktorbaugruppe 104, die in 4 dargestellt ist, aufgrund der Beseitigung der Wärmeleitpaste 122, der Vergussmasse 118 und der kalten Platte 120 gering.
Unter Bezugnahme auf 13–16 ist eine Trägerstruktur einer Induktorbaugruppe im Getriebe (in 1 dargestellt) gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) dargestellt und ist allgemein mit dem Bezugszeichen 1300 bezeichnet. Die Struktur 1300 enthält einen ersten Bügel 1330 und einen zweiten Bügel 1330’, die im Allgemeinen symmetrisch zueinander sind. Jeder Bügel 1330, 1330’ enthält einen Flansch 1334, 1334’, der auf einer Getriebewand (nicht dargestellt) aufliegt. Jeder Flansch 1334, 1334’ enthält Löcher 1336, 1336’ zur Aufnahme von Befestigungselementen (nicht dargestellt) zur Montage der Induktorbaugruppe 904 am Getriebe gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en).
Unter Bezugnahme auf 14–16 erstreckt sich ein aufrecht stehender Träger 1338, 1338’ vom Flansch 1334, 1334’. Eine obere Oberfläche 1340, 1340’ und eine Zwischenfläche 1342, 1342’ erstrecken sich quer zum aufrecht stehenden Träger 1338, 1338’, um gemeinsam eine Tasche 1344, 1344’ zu bilden. Die Taschen 1344, 1344’ sind so bemessen, dass sie das erste Ende 216 bzw. das zweite Ende 218 des Kerns 212 aufnehmen. Die Bügel 1330, 1330’ sind aus einem elektrisch leitenden Material, wie Gussaluminium, gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) gebildet. Die Bügel 1330, 1330’ und/oder der Kern 212 sind mit einem isolierenden Material (nicht dargestellt) an sämtlichen möglichen Kontaktpunkten gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) überzogen. Unter Bezugnahme auf 16 können Öffnungen 1346 durch einen oder mehrere der Bügel 1330, 1330’ gebildet sein, um den Fluss des Getriebefluids 96 durch die Struktur 1300 zu erleichtern.
Unter Bezugnahme auf 17 und 18 ist eine Trägerstruktur einer Induktorbaugruppe im Getriebe 12 gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) dargestellt und ist allgemein mit dem Bezugszeichen 1700 versehen. Die Struktur 1700 enthält eine Aufnahme 1702 zum Aufnehmen einer Induktorbaugruppe 1704 darin. Die Induktorbaugruppe 1704 enthält den Leiter 210, den Kern 212 und den Isolator 814 wie oben unter Bezugnahme auf die Induktorbaugruppe 904 beschrieben. Die Induktorbaugruppe ist jedoch mit dem Bezugszeichen 1704 bezeichnet um anzugeben, dass sie teilweise von Vergussmaterial umgeben (“teilweise vergossen”) ist.
Die Aufnahme 1702 enthält eine Basis 1706 und eine Seitenwand 1708, die sich quer von einem Außenumfang der Basis 1706 erstreckt. Die Basis 1706 enthält mehrere Flansche 1710 mit hindurchgehenden Löchern 1712 zur Aufnahme von Befestigungselementen zur Montage der Aufnahme 1702 am Getriebe. Die Seitenwand 1708 definiert einen Hohlraum 1714 zur Aufnahme der Induktorbaugruppe 1704. Die Struktur 1700 enthält Haftmaterial, wie Vergussmaterial 1716, das im Hohlraum 1714 angeordnet ist, um einen unteren Teil der Induktorbaugruppe 1704 zu umgeben. Das Vergussmaterial 1716 sichert die teilweise vergossene Induktorbaugruppe 1704 an der Aufnahme 1702, während ein oberer Teil der Induktorbaugruppe 1704 frei bleibt, um das Getriebefluid 96 aufzunehmen.
18 zeigt eine Schnittansicht der teilweise vergossenen Induktorbaugruppe 1704 und der Struktur 1700, die die Induktorbaugruppe 1704 im Getriebe 12 hält. Die teilweise vergossene Induktorbaugruppe 1704 wird durch das Getriebefluid 96 im Getriebe 12 gekühlt. Wärme wird durch Leitung vom Leiter 210 und vom Kern 212 durch das Vergussmaterial 1716 und dann zur Seitenwand 1708 übertragen. Das Getriebefluid 96 steht mit der Seitenwand 1708, wie auch den oberen frei liegenden Teilen des Leiters 210 und des Kerns 212 in Kontakt. Wärme wird von der Seitenwand 1708 wie auch vom Leiter 210 und vom Kern 212 zum Getriebefluid 96 übertragen.
Der Wärmewiderstand des Wärmeübertragungspfades von der teilweise vergossenen Induktorbaugruppe 1704 zum Getriebefluid 96 ist im Vergleich zum Wärmewiderstand der vollständig vergossenen Induktorbaugruppe 104, die in 4 dargestellt ist, aufgrund der Verringerung der Vergussmasse 118 gering. Der Wärmewiderstand der teilweise vergossenen Induktorbaugruppe 1704 ist jedoch größer als der Wärmewiderstand der nicht vergossenen Induktorbaugruppe 14, 804, 904. Die teilweise vergossene Induktorbaugruppe 1704 bietet eine zusätzliche Stütze für den Kern 212 im Vergleich zu den nicht vergossenen Induktorbaugruppen 14, 804, 904 und Strukturen 200, 800, 900, 1300. Somit stellt die teilweise vergossene Induktorbaugruppe 1704, die von der Struktur 1700 getragen wird, einen Kompromiss zwischen thermischer Leistungsfähigkeit und Vibrationsleistung dar.
Als solches bieten die nicht vergossene Induktorbaugruppe 14, 804, 904 und die teilweise vergossene Induktorbaugruppe 1704 Vorteile gegenüber bestehenden vollständig vergossenen Induktorbaugruppen, wie Induktorbaugruppe 104, indem eine direkte Kühlung des Leiters und Kerns mit Getriebefluid erleichtert wird. Das Getriebe 12 und/oder die Induktorbaugruppe 14 enthalten eine zusätzliche Struktur 200, 800, 900, 1300, 1700 zum Tragen der Induktorbaugruppe 14, 804, 904, 1704, um das verringerte Vergussmaterial auszugleichen.
Während beispielhafte Ausführungsformen oben beschrieben sind, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Eher sind die in der Beschreibung verwendeten Worte beschreibende und nicht einschränkende Worte und es ist zu verstehen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Umfang der Erfindung abzuweichen. Außerdem können die Eigenschaften verschiedener umgesetzter Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2004/0045749 [0003]

Claims

Fahrzeug, aufweisend: ein Getriebe, das eine Kammer definiert; und eine Induktorbaugruppe, die in der Kammer montiert ist und einen Isolator mit einem ersten und zweiten Teil enthält, die zueinander orientiert sind, wobei jedes Teil eine Basis, einen Träger, der sich von der Basis erstreckt, und eine Spule hat, die sich quer vom Träger in den Eingriff mit dem anderen Teil erstreckt, wobei jede Spule eine Außenfläche, die eine Wicklung trägt, und einen hindurchgehenden Hohlraum zur Aufnahme eines Kerns hat.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Wicklung freiliegende Oberflächenteile enthält und wobei mindestens ein Teil der freiliegenden Oberflächenteile Fluid in der Kammer zum Kühlen der Wicklung ausgesetzt ist.
Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei die Basis mit mindestens einer hindurchgehenden Öffnung zur Aufnahme eines Befestigungselements und zur Montage der Induktorbaugruppe am Getriebe gebildet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei der Kern des Weiteren ein erstes Ende, ein zweites Ende und erste und zweite Schenkel zum Verbinden des ersten Endes mit dem zweiten Ende aufweist, um gemeinsam einen Ring zu bilden, wobei die Spule des Weiteren eine erste Spule und eine zweite Spule aufweist, und wobei jede Spule zum Aufnehmen der ersten und zweiten Schenkel dimensioniert ist.
Fahrzeug nach Anspruch 4, wobei jeder der ersten und zweiten Schenkel des Weiteren mehrere Kernelemente mit isolierenden Abstandshaltern aufweist, die zwischen nebeneinanderliegenden Kernelementen angeordnet sind, um Luftspalte zu definieren.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Getriebe des Weiteren eine Wand mit einer darin gebildeten Vertiefung aufweist und wobei die Induktorbaugruppe in der Vertiefung angeordnet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei der Kern des Weiteren mindestens zwei hindurchgehende Öffnungen aufweist und wobei jede Öffnung zum Aufnehmen eines Befestigungselements zur Montage der Induktorbaugruppe an der Wand des Getriebes dimensioniert ist.
Fahrzeug nach Anspruch 6, des Weiteren aufweisend eine Feder, die in der Vertiefung für einen Eingriff mit einem ersten Ende des Kerns und zum Ausüben einer längsgerichteten Kraft auf die Induktorbaugruppe angeordnet ist, wobei ein zweites Ende des Kerns, das in Längsrichtung gegenüber dem ersten Ende ausgerichtet ist, mit einer Seitenwand in der Vertiefung in Eingriff steht, so dass die längsgerichtete Kraft die Induktorbaugruppe in der Vertiefung hält, um die Induktorbaugruppe am Getriebe zu montieren.
Fahrzeug nach Anspruch 8, des Weiteren aufweisend mindestens eine Platte, die sich über die Vertiefung erstreckt, um die Induktorbaugruppe in der Vertiefung zu halten.
Fahrzeug nach Anspruch 1, des Weiteren aufweisend einen ersten Bügel und einen zweiten Bügel, wobei jeder von dem ersten und zweiten Bügel einen Flansch und einen Träger hat, der sich vom Flansch erstreckt, mit einer darin ausgebildeten Tasche zur Aufnahme eines Teils des Kerns zum Tragen der Induktorbaugruppe, wobei in jedem Flansch mindestens eine hindurchgehende Öffnung zur Aufnahme eines Befestigungselements ausgebildet ist, um die Induktorbaugruppe am Getriebe zu montieren.