DE102019100857A1

DE102019100857A1 - Antriebsstrangkonstruktion für elektrisch angetriebene Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102019100857A1
Application number: DE102019100857.3A
Authority: DE
Inventors: Philip J. Francis; Larry A. Pritchard
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2018-01-26
Filing date: 2019-01-14
Publication date: 2019-08-01
Also published as: CN110077210A; US20190234508A1; US10823276B2

Abstract

Eine Antriebsstranganordnung für einen querliegend eingebauten Motor für ein elektrisch angetriebenes Personenkraftfahrzeug mit gegenüberliegenden Radwellen zum Antrieb von zwei parallel montierten Rädern, wobei die Wellen sich um eine erste Achse drehen, wobei die Wellen zumindest ein Ende drehungsmäßig mit einem Differential verbunden haben, weist einen elektrischen Läufer auf, der drehungsmäßig mit den Radwellen über einen Planetengetriebezug verbunden ist, einen elektrischen Ständer, der den Läufer umgibt, ein Gehäuse, das den Läufer und die Radwellen trägt, wobei das Gehäuse den Ständer umgibt, wobei das Gehäuse einen Boden aufweist, der ein Schmiermittelreservoir bildet, und eine Ablenkvorrichtung, die in dem Schmiermittelreservoir angeordnet ist, wobei die Ablenkvorrichtung Barrieren aufweist, die allgemein quer zu der ersten Achse verlaufen, und zumindest eine der Barrieren weist ein darunterliegendes Fenster auf, das die Fluidkommunikation unterhalb der Barriere ermöglicht.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft hybridelektrisch und elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Um Kohlenstoffemissionen zu verringern und die Abhängigkeit von Öl aus dem Ausland zu senken, wurden verschiedene Konstruktionen für hybridelektrisch und elektrisch angetriebene Fahrzeuge vorgeschlagen. Um die mechanische Effizienz zu erhöhen, weisen verschiedene Konstruktionen für hybridelektrisch und elektrisch angetriebene Fahrzeuge einen querliegend eingebauten Motor oder Motorgenerator in dem Fahrzeug auf (der Begriff „Motor“ wird im Folgenden für Motoren und Motorgeneratoren verwendet). In der Regel ist der Motor mit den Fahrzeugrädern über einen Typ von Getriebezug verbunden, der ein Differential einschließt. Der Getriebezug und das Differential benötigen eine Ölschmierung. Das Ölschmiersystem umfasst in der Regel ein Reservoir, das im Allgemeinen als die Ölwanne bezeichnet wird.
Um die Energie zu minimieren, die zur Bewegung eines Automobils nötig ist, wurde bei den meisten Fahrzeugen versucht, die räumliche Hüllkurve des Fahrzeugs zu verringern, um den Luftwiderstand des Fahrzeugs bei der Vorwärtsbewegung zu minimieren. Für den Abstand zur Straße ist es jedoch wünschenswert, dass der Boden des Fahrzeugs und des Fahrzeugtriebwerks möglichst hoch positioniert ist. Außerdem ist es wünschenswert, dass das Triebwerk und der Antriebsstrang eines hybridelektrischen oder elektrischen Fahrzeugs so klein wie möglich sind, um die Raumanforderungen der Fahrzeugbatterie kompensieren zu helfen. Um die Raumanforderungen kompensieren zu helfen, wird in der Regel der Motor des Fahrzeugs in dasselbe Gehäuse des Antriebsstrangs platziert, das den Motor oder Motorgenerator mit den Fahrzeugrädern verbindet. Das Niveau des Schmiermittels innerhalb des Gehäuses sollte niedrig genug sein, dass kein Schmiermittel in den Luftspalt zwischen dem Läufer des Motors und einem den Läufer umgebenden Ständer eindringt. In der Regel wird dies erreicht, indem die Ölwanne strategisch mit ausreichend Volumen unterhalb des Ständers platziert wird, um sicherzustellen, dass das Öl kein Niveau erreicht, das dem Luftspalt zwischen Ständer und Läufer nahekommt. Wie bereits erwähnt ist es jedoch wünschenswert, dass die Ölwanne möglichst flach ist, um eine bessere Straßenlage des Fahrzeugs zu erzielen. Bei der normalen Bewegung des Fahrzeugs können die erwähnten Einschränkungen leicht erfüllt werden. Wenn sich das Fahrzeug jedoch bei hoher Geschwindigkeit in einer Kurve befindet, wird das Fluid innerhalb des Gehäuses zu einer Außenseite des Fahrzeugs hin beschleunigt. Die seitliche Beschleunigung kann das Fluid veranlassen, auf ein Niveau zu steigen, auf dem es den Luftspalt zwischen Läufer und Ständer des Motors erreichen kann. Es ist wünschenswert, eine Anordnung für einen querliegend eingebauten Motor für ein elektrisch angetriebenes Personenkraftfahrzeug bereitzustellen, bei der die Fluidbeschleunigung bei Kurvenmanövern daran gehindert wird, Niveaus zu erreichen, auf denen es in den Luftspalt zwischen Läufer und Ständer eindringen kann, ohne gezwungenermaßen eine tiefe Ölwannenkonstruktion einsetzen zu müssen. Es ist auch wünschenswert, die oben erwähnte Fahrzeuganordnung bereitzustellen, wobei die Fluidbeschleunigung nicht dazu führt, dass die Ansaugseite der Fluidschmierungspumpe kein Öl erhält, wenn das Fahrzeug ein Kurvenmanöver ausführt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um die obigen und weitere vorteilhafte Wünsche zu manifestieren, wird eine Offenbarung der vorliegenden Erfindung vorgelegt. In einer bevorzugten Ausführungsform ermöglicht die vorliegende Erfindung eine Antriebsstranganordnung für einen querliegend eingebauten Motor für ein elektrisch angetriebenes Personenkraftfahrzeug umfassend gegenüberliegende Radwellen für den Antrieb von zwei parallel montierten Rädern, wobei die Radwellen sich um eine erste Achse drehen. Die Radwellen und weisen zumindest ein Ende auf, das drehungsmäßig mit einem Differential verbunden ist. Ein elektrischer Läufer ist drehungsmäßig mit den Radwellen über einen Planetengetriebezug verbunden. Ein elektrischer Ständer wird von einem Läufer umgeben. Ein Gehäuse ist vorgesehen, das den Läufer und die Radwellen trägt. Das Gehäuse umfasst einen Ständer, und weist einen Boden auf, der ein Schmiermittelreservoir bildet. Eine Ablenkvorrichtung ist in dem Reservoir angeordnet, wobei die Ablenkvorrichtung Barrieren aufweist, die allgemein quer zur ersten Achse verlaufen, und zumindest eine der Barrieren ein darunterliegendes Fenster aufweist, um die Fluidkommunikation unterhalb der Barriere zu erlauben.
Andere Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung werden durch die im Folgenden gegebene detaillierte Beschreibung deutlich werden. Es sollte klar sein, dass die detaillierte Beschreibung sowie die spezifischen Beispiele, auch wenn sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angeben, rein dem Zweck der Veranschaulichung dienen und den Umfang der Erfindung nicht einschränken sollen.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen deutlicher werden, in denen:

1 ist eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Antriebsstranganordnung der vorliegenden Erfindung, wobei eine Ablenkvorrichtung zur deutlicheren Darstellung entfernt wurde;
2 ist eine Ansicht ähnlich jener von 1 und veranschaulicht die Beschleunigung von Schmierfluid aufgrund eines Kurvenmanövers des in 1 gezeigten Fahrzeugs;
3 ist eine Ansicht ähnlich jener von 1 und veranschaulicht die Beschleunigung von Schmierfluid aufgrund eines Kurvenmanövers des in 1 gezeigten Fahrzeugs;
4 ist eine perspektivische Darstellung der Antriebsstranganordnung von 1;
5 ist ein teilweiser Seitenriss der Antriebsstranganordnung von 1, wobei eine Ablenkvorrichtung zur deutlicheren Darstellung entfernt wurde;
6 ist eine perspektivische Schnittdarstellung der in 1 gezeigten Antriebsstranganordnung;
7 ist ein Seitenriss der in 1 gezeigten Antriebsstranganordnung und veranschaulicht die Ablenkvorrichtung, wobei Abschnitte des Schmierstoffpumpen-Filtersystems zur Verdeutlichung nicht dargestellt sind;
8 ist eine perspektivische Darstellung der in 7 gezeigten Ablenkvorrichtung;
9 ist eine Draufsicht einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der Ablenkvorrichtung;
10 ist eine Ansicht entlang der Linie 10 - 10 von 9;
11 ist eine Vorderansicht einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der Ablenkvorrichtung;
12 ist eine Ansicht entlang der Linie 12 - 12 von 11;
13 ist eine Draufsicht einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der Ablenkvorrichtung;
14 ist eine Ansicht entlang der Linie 14 - 14 von 13;
15 ist eine Ansicht entlang der Linie 15 - 15 von 13;
16 ist eine alternative bevorzugte Ausführungsform der Ablenkvorrichtung;
17 ist eine Ansicht entlang der Linie 17 - 17 von 16;
18 ist eine alternative bevorzugte Ausführungsform der Ablenkvorrichtung; und
19 ist eine Ansicht entlang der Linie 19 - 19 von 18.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en) erfolgt rein beispielhaft und soll in keiner Weise den Umfang der Erfindung, ihre Anwendung oder ihre Einsatzmöglichkeiten beschränken.
Bezugnehmend auf 1 bis 6 wird dort eine bevorzugte Anordnung einer Antriebsstranganordnung für einen querliegend eingebauten Motor für ein elektrisch angetriebenes Personenkraftfahrzeug bereitgestellt (im Folgenden bezieht sich der hier verwendete Begriff „Motor“ auch auf Motorgeneratoren, und der Begriff „elektrisches Fahrzeug“ auch auf hybridelektrische Fahrzeuge). Die Anordnung 7 weist gegenüberliegende Radwellen 14 und 16 auf. Parallel montierte Räder 10 und 12 werden jeweils durch die Radwellen 14 und 16 angetrieben und sind damit verbunden. Die Radwellen 14 und 16 drehen sich um eine erste Achse 18. Die Radwellen 14 und 16 weisen jeweils ein Ende auf, das drehungsmäßig mit einem Differential 20 verbunden ist.
Das Differential 20 ist fest und/oder einteilig mit einem Planetenradsatz-Träger 22 verbunden. Der Träger 22 hat drei Trägerzapfen 24 (nur einer davon ist in 1 gezeigt). An dem Trägerzapfen 24 ist ein Trägerzahnrad 26 drehbar montiert, das mit dem Hohlrad 28 in Eingriff steht. Das Endträgerzahnrad 26 ist fest mit einem Planetenrad 32 verbunden und wird von diesem angetrieben. Drei Planetenräder 32 (nur eines in 1 dargestellt) stehen mit einem Sonnenrad 34 in Eingriff. Das Sonnenrad 34 ist einteilig mit einer Hohlwelle 38 oder fest damit verbunden. Die Hohlwelle 38 an einem dem Differential 20 entgegengesetzten Ende ist drehungsmäßig mit einer Läuferwelle 40 verbunden. Die Läuferwelle 40 ist mit dem Magnetabschnitt 42 verbunden. Der Magnetabschnitt 42 ist Teil der Rotoranordnung. Der Magnetabschnitt umfasst ein Laminat aus dünnen Stahlblechen in Kombination mit Magneten. Den Magnetabschnitt 42 umgibt eine Spulenwicklung-Ständeranordnung 46. Die Ständeranordnung ist aus Metalllaminat und Spulenwicklungen hergestellt. Ein Luftspalt 48 besteht zwischen dem Läufermagnetabschnitt und den Spulenwicklungen 46 der Ständeranordnung.
Das Differential 20 wird durch das Wälzlager 54 gestützt. Das Lager 54 wird an einer rechten Zentralwand 60 getragen. Ein Lager 56 stützt die rechte Seite der Läuferwelle 40. An der linken Seite befindet sich ein Stützgehäuse 62. Das Stützgehäuse 62 weist ein Lager 64 auf, um die linke Seite der Läuferwelle 40 zu stützen. Ein Parkbremsen-Zahnrad 70 ist fest mit der Welle 38 verbunden. Ein Parkbremsen-Sperrarm 74 (5) steht selektiv mit den Zähnen 76 des Parkbremsen-Zahnrads in Eingriff, um das Fahrzeug in den Parkmodus zu bringen. Ein Schmiermittel-Filtergehäuse 78 ist vorgesehen und weist eine Einlassaufrüstung 80 auf Filtergehäusebeinen 82 von einem Boden 84 des Gehäuses 85 auf. Der Gehäuseboden 84 bildet den Boden des Schmiermittelspeicherbereichs oder der Ölwanne. Der Boden 84 hat eine leichte Neigung zu dem Ende des Filtergehäuses 78 des Gehäuses 85 hin. Die Neigung des Bodens 84 beträgt vorzugsweise 1 bis 2 Grad. Vorzugsweise befindet sich der Gehäuseboden 84 an einem Abstand von dem Läufer 18 von gleich oder weniger als zwei Drittel des Durchmessers des Läufers.
Um das Öl daran zu hindern, entlang der in den 2 und 3 gezeigten Linien aufgrund der seitlichen Beschleunigung des Fahrzeugs bei einer Kurvenfahrt oder anderen Manövern anzusteigen, ist eine Ablenkvorrichtung 100 vorgesehen. Ein übermäßiger Ölanstieg kann vorübergehend zu zuwenig Öl an dem Einlass 80 der Schmierungspumpe führen. Ein übermäßiger Ölanstieg kann ggf. auch zum Verschlammen von Komponenten des Motors führen. Die Ablenkvorrichtung 100 weist eine Reihe von im Allgemeinen parallelen räumlichen Barrieren 104 auf, die allgemein quer zur ersten Achse 18 verlaufen. Die meisten, wenn nicht alle der Barrieren 104, umfassen entlang ihres unteren Endes eine Reihe von halbmondförmigen Fenstern 106, die als Ölleitungskanäle dienen. Die Ablenkvorrichtung 100 kann zusätzlich eine Vielzahl von Barrieren 108 aufweisen, die allgemein parallel zu der ersten Achse 18 sind. Die Barrieren 104 an den äußeren Rändern 110 des Gehäuses 85 können gewunden sein, um mit einem seitlichen Rand 87 für das Gehäuse übereinzustimmen. Die Ablenkvorrichtung 100 kann in das Gehäuse 85 eingeschoben werden. Während des Betriebs wird das Schmieröl seitlich von der Ablenkvorrichtung eingegrenzt, und der Ölanstieg durch die seitliche Beschleunigung wird auf ein bestimmtes Maß begrenzt, um sicherzustellen, dass der Pumpeneinlass 80 versorgt wird und dass die Komponenten des Motors nicht durch Schmieröl verschlammt werden.
In einem in den 9 und 10 gezeigten Beispiel weist die Ablenkvorrichtung 200 querverlaufende Barrieren 202 mit einer Neigung auf, die zu einer Längsmittellinie 205 des Fahrzeugs hin gerichtet ist, in der das Gehäuse 85 platziert ist (mit anderen Worten, die querverlaufende Barriere 202 auf der Beifahrerseite des Fahrzeugs ist von oben nach unten zu der Fahrerseite des Fahrzeugs hin geneigt, und umgekehrt). Die Barrieren 202 haben Fenster 203.
Bezugnehmend auf 11 und 12 weist eine alternative bevorzugte Ausführungsform der Barriere turbinenförmige querverlaufende Barrieren 217 auf. Die Barrieren 217 sind in allen drei geometrischen Achsen gekrümmt, so dass Fluid, das durch die seitliche Beschleunigung des Fahrzeugs in die querverlaufende Barriere 217 beschleunigt wird, entlang des Vektors 219 geleitet wird. Der Vektor 219 hat eine aufwärts gerichtete horizontale Strömungskomponente 221, eine seitliche Strömungskomponente 223, und eine rückwärts gerichtete Strömungskomponente 225. Die Strömungsvektoren der verschiedenen querverlaufenden Barrieren einer gegebenen Ablenkvorrichtung können variiert werden, um eine maximale Dämpfung der Fluidbewegung bereitzustellen.
13-15 stellen eine weitere Ausführungsform der Ablenkvorrichtung 300 mit querverlaufenden Barrieren 301 bereit, die sich vom Boden weg erstrecken und eine Sinusform aufweisen. Die Ablenkvorrichtung weist auch eine Reihe von alternierenden sinusförmigen Barrieren 303 auf, die sich von einer Decke der Ablenkvorrichtung oder von dem Boden der Ständeranordnung erstrecken. Die Barrieren 301 haben Fester 305 zwischen den Scheiteln 307 (entlang der Achse 18) ihrer Sinusform. Die Auf- und Abwärtsströmung 309 über die querverlaufenden Barrieren 301 und 303 und die Strömung 313 durch die Fenster 305 dämpfen die Beschleunigung der querverlaufenden Strömung, wenn das Fahrzeug eine Kurve fährt.
Bezugnehmend auf 16 und 17 bildet eine querverlaufende Barriere 401 eine Wand mit einer einzelnen oder mehreren Portalen 403. Ein Anschlag 405 ist nachgiebig positioniert und von dem Portal 403 weg durch eine Feder 407 vorgespannt, um die Strömung durch das Portal 403 zu drosseln. Der Fluiddruck, der sich aus der Fluidbeschleunigung ergibt, verursacht, dass der Anschlag 405 zu dem Portal 403 hin gedrückt wird und die Strömung dort hindurch drosselt. Wenn das Fahrzeug aus einer Kurve kommt, führt die Feder 407 den Anschlag zurück, um eine freie Ölströmung an dem Portal 403 zu erlauben.
Unter Bezugnahme auf 18 und 19 weist eine Barriere 501 ein Portal 503 auf. Eine Schwenkklappe 507 bedeckt das Portal 503. Die Schwenkklappe 507 wird durch ein Gewicht 511 an einem Hebel 509, der drehungsmäßig mit der Klappe 507 verbunden ist, in die offene Stellung vorgespannt. Die Barriere 501 arbeitet auf ähnliche Weise wie die Barriere 401.
Die Beschreibung der Erfindung ist rein beispielhafter Natur, und somit werden auch Variationen, die vom Prinzip der Erfindung nicht abweichen, als in den Umfang der Erfindung fallend betrachtet. Solche Variationen werden nicht als Abweichungen vom Geist und Umfang der Erfindung betrachtet.

Claims

Antriebsstranganordnung für einen querliegend eingebauten Motor für ein elektrisch angetriebenes Personenkraftfahrzeug, umfassend: entgegengesetzte Radwellen zum Antrieb von zwei parallel montierten Rädern, wobei die Wellen sich um eine erste Achse drehen, wobei die Wellen zumindest ein Ende drehungsmäßig mit einem Differential verbunden haben; einen elektrischen Läufer, der drehungsmäßig mit den Radwellen über einen Planetengetriebezug verbunden ist; einen elektrischen Ständer, der den Läufer umgibt; ein Gehäuse, das den Läufer und die Radwellen trägt, wobei das Gehäuse den Ständer umfasst, wobei das Gehäuse einen Boden aufweist, der ein Schmiermittelreservoir bildet; eine Ablenkvorrichtung, die in dem Schmiermittelreservoir angeordnet ist, wobei die Ablenkvorrichtung Barrieren aufweist, die allgemein quer zu der ersten Achse liegen, und eine Vielzahl der Barrieren ein darunterliegendes Fenster aufweist, um die Fluidkommunikation unterhalb der Barriere zu erlauben; und wobei der Läufer einen ersten Durchmesser aufweist, und der Gehäuseboden von der ersten Achse in einem Abstand beabstandet ist, der gleich oder weniger als 67 % des Durchmessers für den Läufer ist.
Antriebsstranganordnung nach Anspruch 1, wobei die Ablenkvorrichtung zusätzlich Barrieren aufweist, die allgemein parallel zu der ersten Achse sind.
Antriebsstranganordnung nach Anspruch 1, wobei die querverlaufenden Ablenkvorrichtungs-Barrieren gekrümmt ausgestaltet sind, um die Strömung von Fluid, das auf die Barriere zuströmt, in eine Richtung von der Barriere weg zu lenken, wobei die Richtung eine oder mehrere aus Aufwärtsrichtung, Rückwärtsrichtung und seitlichen Strömungsrichtungen ist.
Antriebsstranganordnung nach Anspruch 1, wobei die Ablenkvorrichtung Barrieren, die sich von einer Decke erstrecken, abwechselnd mit Barrieren, die sich von einem Boden erstrecken, aufweist.
Antriebsstranganordnung nach Anspruch 1, wobei die Ablenkvorrichtungs-Barriere eine Sinusform aufweist.
Antriebsstranganordnung nach Anspruch 5, wobei die unteren und oberen Ablenkvorrichtungs-Barrieren eine Sinusform aufweisen.
Antriebsstranganordnung nach Anspruch 5, wobei die Barriere Fenster zwischen den Scheiteln der Sinusform der Barrieren aufweist.
Antriebsstranganordnung nach Anspruch 1, wobei die Barriere eine Wand mit Portalen bildet, die die Strömung durch die Wand erlauben, und wobei ein Anstieg des Fluiddrucks die Strömung durch die Wand drosselt.
Antriebsstranganordnung nach Anspruch 8, wobei das Portal durch zumindest eines aus der Gruppe bestehend aus elastischer Belastung oder Gewichtsbelastung vorgespannt ist.
Antriebsstranganordnung nach Anspruch 1, wobei die Barriere eine Wand mit Portalen bildet, die die Strömung durch die Wand erlauben, und wobei das Portal die Strömung bei einer Beschleunigung des Fluids durch das Portal drosselt.