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Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Hybridantriebsanordnung mit einer als Motor und/oder Generator betreibbaren elektrischen Maschine und mit einer Kühlung, wobei der Stator der elektrischen Maschine radial außerhalb des Rotors angeordnet ist. Weiterhin ist eine Umrichtereinheit zur Regelung der elektrischen Maschine vorgesehen.
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Aus dem Stand der Technik, beispielsweise der
WO2015/018575 A1 , ist eine Hybridanordnung bekannt, die eine Kühlung und einen Stator aufweist, der außerhalb des Rotors angeordnet ist. Zur Kühlung des der elektrischen Maschine wird Hydrauliköl eingesetzt, welches auch zur Kühlung der vorgesehenen Lamellenkupplung verwendet wird. Um die Kühlung von elektrischer Maschine und Lamellenkupplung etwas zu trennen werden Kühlmittelleitelemente zur Trennung der Strömungen vorgeschlagen, mittels denen das Kühlmittel für die elektrische Maschine an der Kupplungsanordnung vorbeigeführt wird.
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Die Verwendung von Hydrauliköl aus dem Getriebe hat allerdings grundsätzlich den Nachteil, dass dieses Hydrauliköl eine relativ hohe Ausgangstemperatur aufweist, die auf die Leistung der elektrischen Maschinen beschränkend wirkt, so dass nur eine sehr eingeschränkte Verwendung der elektrischen Maschine gegeben ist.
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Eine der Aufgaben der Erfindung ist es, eine Antriebsanordnung mit einer elektrischen Maschine und einer Kühlung bereitzustellen, bei der alle Hybridantriebskomponenten ausreichend gekühlt werden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Antriebsanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und bevorzugte Lösungsvarianten sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen beschrieben.
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Erfindungsgemäß wird eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, die eine Hybridantriebsanordnung mit Kühlkreislauf und eine elektrische Maschine, deren Stator radial außerhalb des Rotors angeordnet ist umfasst. Weiterhin ist eine Umrichtereinheit zur Regelung der elektrischen Maschine vorgesehen.
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Um eine ausreichende Kühlung aller Komponenten zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass der Kühlkreislauf einen von einem Kühlmittel durchströmten Kühlkanal aufweist, der radial außerhalb des Stators angeordnet ist, mit einer ersten Wärmeübertragfläche und einer zweiten Wärmeübertragfläche, wobei die erste Wärmeübertragungsfläche mit dem Stator in Wechselwirkung steht und die zweite Wärmeübertragungsfläche mit der Umrichtereinheit in Wechselwirkung steht.
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Vorzugweise ist der Kühlkreislauf ausschließlich zur Kühlung von elektrischer Maschine und der Umrichtereinheit der Hybridantriebsanordnung vorgesehen. In einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bedeutet dies, dass der Antriebsmotor wie auch ein nachfolgendes Getriebe einen von diesem Kühlkreislauf getrennten Getriebe- und/oder Antriebsmotorkühlkreislauf aufweisen muss.
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So kann die Hybridantriebsanordnung ein Zwischengehäuse aufweisen, in dem die elektrische Maschine und der Kühlkanal angeordnet sind.
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Weiterhin kann der Kühlkreislauf für die Hybridantriebsanordnung, insbesondere zur Kühlung des Stators und der Umrichtereinheit, für eine maximale Kühlmitteltemperatur von 40–80°C ausgelegt sein. Diese relativ niedrigen Temperaturen sind besonders vorteilhaft, um die Leistungsfähigkeit der Komponenten zu verbessern.
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In einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass der Kühlkanal im Wesentlichen durch ein Kühlkanalring verläuft, wobei eine Kanalbegrenzung durch das Zwischengehäuse gebildet wird, und wobei der Stator mit dem Kühlkanalring und der Kühlkanalring mit dem Zwischengehäuse drehfest verbunden sind. Dieser Aufbau gewährleistet einen kompakten und einfachen Aufbau der Hybridantriebsanordnung.
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die zweite Wärmeübertragfläche an der Außenkontur des Zwischengehäuses angeordnet ist und die Umrichtereinheit außen am Zwischengehäuse befestigt ist.
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Weiterhin kann der Kühlkanal derart gestaltet sein, dass das Kühlmittel bereichsweise an beiden Wärmeübertragungsflächen gleichzeitig vorbeiströmt, was einen einfachen Kühlkanalaufbau ermöglicht.
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Die Hybridantriebsanordnung kann in der Antriebsanordnung insbesondere zwischen einem Antriebmotor und einem Automatgetriebe positioniert sein.
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Zur weiteren Optimierung der Antriebsanordnung kann ein Drehschwingungsdämfer radial innerhalb der elektrischen Maschine angeordnet sein, wobei die Sekundärseite des Drehschwingungsdämfer parallel zum Rotor mit der Getriebeeingangswelle des Automatgetriebes verbunden werden kann.
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Weitere Merkmale der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Skizzen näher erläutert.
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In diesen zeigen:
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1 vereinfachte Darstellung einer Hybridantriebsanordnung mit Kühlkanal
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2 Kühlkreislauf
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3 Hybridantriebsanordnung im Schnitt
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4/5 Beispiele für einen Antriebsstrang
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6 Varianten für zweite Wärmeübertragungsfläche
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7 Zwischengehäuse – Flanschansicht
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1 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer Hybridantriebsanordnung mit dem Kühlkanal 30. Die Hybridantriebsanordnung ist in dem Zwischengehäuse 27 eingebaut, wobei das Zwischengehäuse in einen Antriebsstrang wie in 4 und 5 dargestellt eingebaut ist.
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Zur Kühlung der elektrischen Maschine 11, insbesondere des Stators 13 und der Umrichtereinheit 35 ist ein Kühlkreislauf 33 mit dem Kühlkanal 30 vorgesehen. Der Kühlkanal 30 wird von einem Kühlmittel durchströmten, wobei der Kühlkanal 30 radial außerhalb des Stators (13) angeordnet ist. Die wesentliche Kühlung findet über eine erste Wärmeübertragfläche 31a und eine zweite Wärmeübertragfläche 31b statt. Dabei steht die erste Wärmeübertragungsfläche 31a mit dem Stator 13 in Wechselwirkung und die zweite Wärmeübertragungsfläche 31b mit der Umrichtereinheit 35.
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Der Kühlkanal 30 verläuft im Wesentlichen durch einen Kühlkanalring 29, wie auch in 3 zu erkennen ist, wobei eine Kanalbegrenzung durch das Zwischengehäuse 27 gebildet wird. Der Kühlkanal 30 ist derart gestaltet, dass das Kühlmittel bereichsweise an beiden Wärmeübertragungsflächen 31a, b gleichzeitig vorbeiströmt.
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Die Drehmomentübertragung erfolgt dadurch, dass der Stator 13 mit dem Kühlkanalring 29 und der Kühlkanalring 29 mit dem Zwischengehäuse 27 drehfest verbunden sind. Dazu können die Bauteile Drehmomentstützen aufweisen oder entsprechend verpresst und/oder verklebt sein. Der nicht dargestellte Rotor ist entsprechend den 4 und 5 in den Antriebsstrang eingebunden.
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Die zweite Wärmeübertragfläche 31b ist an der Außenkontur des Zwischengehäuses 27 positioniert und die Umrichtereinheit 35 ist außen am Zwischengehäuse 27 befestigt. Die gesamte Antriebsanordnung bzw. Hybridantriebsanordnung bildet ein Modul, welches sehr einfach in den Antriebsstrang 1, wie in 4 und 5 dargestellt, eingebaut werden kann. Auch ein einfaches Nachrüsten in einen derartigen Antriebsstrang ist möglich. Im Umrichter 35 muss besonders der Leistungshalbleiter 36 gekühlt werden. Dabei sind verschiedene Ausführungen des Gehäuses 27 denkbar. Figur XX zeigt drei vorteilhafte Ausführungen des Gehäuses 27 wobei nur der Ausschnitt für die Montage des Umrichters dargestellt ist.
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In den 6a–c werden weitere Varianten für die zweite Wärmeübertragungsfläche vorgeschlagen. Im Umrichter 35 muss besonders der Leistungshalbleiter 36 gekühlt werden. Dabei sind verschiedene Ausführungen des Gehäuses 27 denkbar.
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6A zeigte eine Variante bei der im Gehäuse 27 eine Aussparung für die Kühlung des Umrichters vorgesehen ist. Der Umrichter 35 wird mit seiner Kühlplatte 37 auf das Gehäuse 27 geschraubt und dichtet den Kühlkanal 30 ab. Das Kühlmedium kommt direkt mit der Kühlplatte 37 des Umrichters in Kontakt.
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6B zeigt eine Variante bei der auf dem Gehäuse 27 eine plane Fläche für die Montage des Umrichters vorgesehen ist. Der Umrichter 35 wird mit seiner Kühlplatte 37 direkt auf der planen Fläche verschraubt. Die Kühlplatte 37 dient nur als Träger für den Leistungshalbleiter 36. Besonders vorteilhaft bei dieser Ausführung ist, dass bei einem Wechsel des Umrichters das Kühlmedium nicht abgelassen werden muss.
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6C zeigt eine Variante bei der gänzlich auf eine Kühlplatte 37 im Umrichter 35 verzichtet wird. Dabei wird der Halbleiter 36 direkt auf einer planen Fläche auf dem Gehäuse 27 montiert. Diese Ausführung ist besonders vorteilhaft, wenn der Platz in radialer Richtung begrenzt ist, da die Kühlplatte entfällt.
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In 2 ist der Kühlkreislauf 33 für die Hybridantriebsanordnung skizziert. Zum Betreiben eines derartigen Hybridmoduls ist es insbesondere wichtig, dass die Komponenten richtig gekühlt werden. Dazu könnte zwar der Ölkühlkreislauf des Getriebes eingesetzt werden, allerdings sind die dort erforderlichen Temperaturen in der Regel zu hoch. Um die Leistungsfähigkeit der Hybridantriebsanordnung zu erhöhen, ist der separate Kühlkreislauf 33, zur Kühlung insbesondere des Stators 13 und der Umrichtereinheit 34, für eine maximale Kühlmitteltemperatur von 40–80°C ausgelegt. Die Strömungsrichtung des Kühlmittels kann entsprechend der Erfordernisse ausgelegt werden.
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3 zeigt die Hybridantriebsanordnung im Schnitt entlang der Längsachse. Gut zu erkennen ist die Anordnung des Zwischengehäuses 27 zwischen dem Motorgehäuse 17 und dem Getriebegehäuse 19. Über die Verbindungsebenen 15 und 18 und dazugehörigen Flanschverbindungen 16a, b wird das Zwischengehäuse 27 gegenüber der Kurbelwelle 3 des Antriebsmotors 2 und der Getriebeeingangswelle 7 zentriert.
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Der Rotor 12 ist auf einem Rotorträger 20 positioniert und wird genau wie der Dämpfer 5 unabhängig über die Getriebeeingangswelle 7 zentriert.
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Um eine noch bessere Wärmeentkopplung von Motorkühlkreislauf, Getriebekühlkreislauf und Kühlkreislauf 33 zu erreichen, kann in den Verbindungsebenen 15 und 18 jeweils ein wärmeisolierendes Element eingebracht sein.
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Die Dichtung 26 verhindert ein Übertritt von Öl aus dem Getriebegehäuse 19 in den Zwischengehäuseraum 28. Der Schwungradraum 2 ist ein Raum im Antriebsmotorgehäuse 17, der aber von dem Ölkreislauf des Motors 3 getrennt ist. Er bildet einen gemeinsamen Raum mit dem Zwischengehäuseraum 28.
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In den 4 und 5 sind beispielhaft einige Koppelstrukturen dargestellt, die mit einem erfindungsgemäßen Hybridantriebsmodul realisiert werden können.
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In der weitern 7 ist das Zwischengehäuse 27 nochmals mit Blick auf den Flansch 16a oder b dargestellt. Ein weiterer Vorteil dieser kompakten Einheit 14 ist, dass die Position des Umrichters 35 je nach Bedarf auf dem Umfang versetzt werden kann. Die genormte Flanschverbindung 16 a, b ermöglicht es die Einheit 14 im Raster der Verschraubungen der Flanschverbindung um den Umfang zu rotieren. Wird die Einheit um zwei Verbraubungen rotiert montiert ergibt sich die schraffierte Abbildung. Es ist somit möglich den Platz im Motorraum optimal zu nutzen und sich auf verschiedene Hersteller und Motorkonfigurationen anzupassen, da oftmals Nebenaggregate über den Motor 2 hinausragen und ggf. mit dem Umrichter 35 kollidieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsstrang
- 2
- Antriebsmotor
- 3
- Kurbelwelle
- 4
- Schwungrad
- 5
- Dämpfer
- 6
- Getriebe
- 7
- Getriebeeingangswelle
- 8
- Getriebeausgangswelle
- 9
- Kupplungseinrichtung
- 10
- Kupplungseinheiten
- 11
- elektrische Maschine
- 12
- Rotor
- 13
- Stator
- 14
- Zwischenmodul
- 15
- Verbindungsebene
- 16a, b
- Flanschverbindung
- 17
- Motorgehäuse
- 18
- Verbindungsebene
- 19
- Getriebegehäuse
- 20
- Rotorträger
- 23
- Schwungradraum
- 26
- Dichtung
- 27
- Zwischengehäuse
- 28
- Zwischengehäuseraum
- 29
- Kühlkanalring
- 30
- Kühlkanal
- 31a, b
- Wärmeübertragungsflächen
- 32
- Kühler
- 33
- Kühlkreislauf
- 34
- Pumpe
- 35
- Umrichter
- 36
- Leistungshalbleiter
- 37
- Kühlplatte für Leistungshalbleiter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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