DE102019213588B4

DE102019213588B4 - Schmiersystem für elektrische maschinen

Info

Publication number: DE102019213588B4
Application number: DE102019213588.9A
Authority: DE
Inventors: Marcus L. Kuhl; Clayton P. Neuman; Matthew B. Winhold
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2018-11-13
Filing date: 2019-09-06
Publication date: 2023-04-27
Anticipated expiration: 2039-09-07
Also published as: BR102019010035A2; DE102019213588A1; US20200149622A1; US10948070B2

Abstract

Elektrischer Antrieb (54, 56) für ein Getriebe, das operativ mit einem Fahrzeugmotor (22) verbunden ist, wobei der elektrische Antrieb Folgendes umfasst:elektrischer Generator (54), der einen Eingangsantrieb umfasst, der konfiguriert ist, um von dem Fahrzeugmotor (22) angetrieben zu werden, einen elektrischen Ausgang umfasst, der konfiguriert ist, um elektrische Generatorleistung bereitzustellen, und einen Ölauslass des elektrischen Generators (54) umfasst, der konfiguriert ist, um einen Ölstrom von dem elektrischen Generator (54) zu befördern;ölgekühlter elektrischer Motor (56), der einen Motoreingang, einen Motorantrieb, der konfiguriert ist, um eine mechanische Leistung bereitzustellen, und einen Ölauslass des elektrischen Motors (56), der konfiguriert ist, um einen Ölstrom von dem elektrischen Motor (56) zu befördern, umfasst; undGehäuse (52), das eine erste Öffnung umfasst, die operativ mit dem Ölauslass des Generators verbunden ist, und eine zweite Öffnung umfasst, die operativ mit dem Ölauslass des elektrischen Motors (56) verbunden ist, wobei das Gehäuse (52) eine Kammer umfasst, die operativ mit der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung verbunden ist, und einen Kammerausgang umfasst, der operativ mit einem Pumpenantrieb verbunden ist, wobei der Pumpenantrieb konfiguriert ist, um eine oder mehrere Pumpen für einen Schmierkreislauf des Getriebes anzutreiben.

Description

GEBIET DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine elektrische Maschine für ein Getriebe eines Arbeitsfahrzeugs und insbesondere ein Schmiersystem, das eine elektrische Maschine eines Arbeitsfahrzeugs mit Getriebe umfasst.
HINTERGRUND
Arbeitsfahrzeuge sind so konfiguriert, dass sie eine Vielzahl von Aufgaben erfüllen, wie z. B. Baufahrzeuge, forstwirtschaftliche Fahrzeuge, Fahrzeuge zur Rasenpflege sowie Straßenfahrzeuge, die zum Räumen von Schnee, zum Verteilen von Salz oder zum Abschleppen von Fahrzeugen verwendet werden. Zu den Arbeitsfahrzeugen zählen außerdem landwirtschaftliche Fahrzeuge, wie z. B. ein Traktor oder ein selbstfahrender Mähdrescher, die eine Antriebsmaschine umfassen, die Antriebsleistung erzeugt, um eine Arbeit zu verrichten. Bei einem Traktor ist die Antriebsmaschine zum Beispiel oftmals ein Dieselmotor, der Antriebsleistung durch eine Zufuhr von Dieselkraftstoff erzeugt. Der Dieselmotor treibt ein Getriebe an, das Räder oder Laufflächen bewegt, um den Traktor über ein Feld zu bewegen. Traktoren umfassen häufig eine Zapfwelle, die eine mit dem Getriebe gekoppelte und von dem Motor angetriebene Welle umfasst, um ein Arbeitswerkzeug mit mechanischer Leistung zu versorgen, das von dem Traktor durch ein Feld gezogen oder geschoben wird.
Die Zapfwelle, die sich vom Traktor zum Arbeitsgerät erstreckt, ist direkt mit dem Arbeitsgerät gekoppelt, um einen von dem Arbeitsgerät auszuführenden Betriebsvorgang anzutreiben. In verschiedenen Ausführungsformen umfassen die Arbeitsgeräte einen Streuer, einen Kreiselmäher, eine Bodenfräse und andere Arten von Arbeitsgeräten. Das Arbeitsgerät erhält Drehkraft von der Zapfwelle, um den Betriebsvorgang des jeweiligen Arbeitsgeräts anzutreiben, mit dem der Traktor verbunden ist.
Die Arbeitsfahrzeuge sind so gebaut, dass sie unterschiedliche Arten von Getrieben enthalten können, basierend auf den Kosten sowie den beabsichtigten Anwendungsbereichen des Arbeitsfahrzeugs. Die Getriebe umfassen sowohl manuelle Getriebe als auch automatische Getriebe. Automatikgetriebe umfassen ein sogenanntes „konventionelles“ Getriebe, das zwischen separaten, einzelnen Gängen schaltet, und ein kontinuierlich stufenloses Getriebe (CVT-Getriebe), das die Gänge durch einen stufenlosen Bereich von Übersetzungsverhältnissen wechselt. Ein Teil eines CVT-Getriebes ist als unendlich stufenloses Getriebe (IVT-Getriebe) bekannt. Bei CVT-Getrieben und insbesondere IVT-Getrieben kann das Getriebe einen Motor umfassen, der zur Steuerung der Drehzahl des Getriebes verwendet wird. Der Motor kann aufgrund der von ihm ausgeführten Arbeiten während des Betriebs übermäßig heiß werden und benötigt ein Kühlsystem. Bekannte Kühlsysteme können jedoch nicht ausreichend sein, um eine geeignete Kühlung bereitzustellen. Daher ist eine Vorrichtung erforderlich, die dafür konfiguriert ist, während des Betriebs des Getriebes eine ausreichende Kühlung bereitzustellen.
Aus der DE 10 2015 220 635 A1 ist eine Antriebsstranganordnung für ein Arbeitsfahrzeug mit einem Motor bekannt, die eine stufenlos verstellbare Leistungsquelle umfasst. Eine Energiespeicherungsvorrichtung ist dabei derart konfiguriert, um Energie von der stufenlos verstellbaren Leistungsquelle zur Speicherung zu empfangen, und um gespeicherte Energie von der Energiespeicherungsvorrichtung bereitzustellen, um eine oder mehrere Komponenten der stufenlos verstellbaren Leistungsquelle anzutreiben. Außerdem ist ein Getriebe derart konfiguriert, um Leistung von dem Motor und von der einen oder mehreren Komponenten der stufenlos verstellbaren Leistungsquelle anderen Komponenten des Fahrzeugs bereitzustellen.
Weiter ist aus der DE 197 49 074 A1 ein landwirtschaftliches Fahrzeug bekannt, dass einen Verbrennungsmotor aufweist, der über ein elektromechanisches Getriebe mit einem Generator, einem Elektromotor und einem mechanischen Getriebe mit dem Fahrzeugantrieb gekoppelt ist. Die Ausgangswelle des Motors und die Ankerwelle des Elektromotors sind mit den jeweiligen Eingängen eines Summiergetriebes gekoppelt, das das mechanische Getriebe auf der Ausgangsseite antreibt.
In der DE 10 2005 044 179 A1 ist außerdem ein Antriebssystem für einen Traktor offenbart. Das Antriebssystem umfasst eine ein mechanisches Drehmoment erzeugende Antriebsbaugruppe, eine erste, zweite und dritte elektrische Maschine, eine zum Antreiben mindestens einer Fahrzeugachse dienende erste mechanische Ausgangsschnittstelle und eine zweite mechanische Ausgangsschnittstelle.
Aus der DE 10 2013 216 738 A1 ist ein Fahrzeug bekannt, mit mindestens einer elektrischen Maschine, die in der Lage ist, das Fahrzeug anzutreiben. Dabei ist ein Ölzirkulationspfad vorgesehen, der Öl durch die elektrischen Maschinen zirkulieren lässt. Ein Steuergerät befiehlt den elektrischen Maschinen, Drehmomentanforderungen zu erfüllen. Das Steuergerät nutzt die Öltemperatur im Ölkreislauf, um das von den elektrischen Maschinen abgegebene Drehmoment zu steuern. Im Falle eines Ausfalls oder einer Störung der Öltemperatursensoren schätzt der Regler die Öltemperatur ab anhand der Temperatur der Spulen in der elektrischen Maschine. Die geschätzte Öltemperatur wird anstelle der gemessenen Öltemperatur zur Steuerung der Drehmomentabgabe verwendet, um die Drehmomentanforderungen einzuhalten.
In der US 2009/0 267 427 A1 ist des Weiteren eine Befestigungsstruktur für eine Fahrzeugantriebsvorrichtung bekannt, bei der eine elektrische Rotationsmaschine und eine mit der elektrischen Rotationsmaschine verbundene elektrische Einheit miteinander kombiniert sind.
ZUSAMMENFASSUNG
Elektrische Maschinen benötigen einen erheblichen Kühlstrom, um die Leistungsdichte zu optimieren. Ein traditioneller Ansatz hierfür wäre die Kalibrierung einer Schmierpumpe, um einen ausreichenden Kühlstrom für die elektrische Maschine bereitzustellen, und dann den Kühlstrom in den primären Pumpensumpf abfließen zu lassen. Die vorliegende Offenbarung beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abfluss des Kühlstroms der elektrischen Maschine zu einem sekundären Pumpensumpf, wo das Fluid dann entweder vor oder nach einem Ölkühler in den Schmierkreislauf zurückgepumpt wird. Der sekundäre Pumpensumpf verfügt über eine Überlauffunktion, damit der Überlauf zum primären Pumpensumpf ablaufen kann. Dadurch wird die Notwendigkeit, die Hauptschmierpumpe zu vergrößern, minimiert.
Gemäß der Erfindung ist ein elektrischer Antrieb für ein Getriebe vorgesehen, das operativ mit einem Fahrzeugmotor verbunden ist. Der elektrische Antrieb umfasst einen ölgekühlten elektrischen Generator und einen ölgekühlten elektrischen Motor. Der elektrische Generator umfasst einen Eingangsantrieb, der konfiguriert ist, um von dem Fahrzeugmotor angetrieben zu werden, einen elektrischen Ausgang, der konfiguriert ist, um elektrische Generatorleistung bereitzustellen, und einen Ölauslass des Generators, der konfiguriert ist, um einen Ölstrom von dem elektrischen Generator zu befördern. Der ölgekühlte elektrische Motor umfasst einen Motoreingang, einen Motorantrieb, der konfiguriert ist, um eine mechanische Leistung bereitzustellen, und einen Ölauslass des elektrischen Motors, der konfiguriert ist, um einen Ölstrom von dem elektrischen Motor zu befördern. Ein Gehäuse umfasst eine erste Öffnung, die operativ mit dem Ölauslass des Generators verbunden ist, und eine zweite Öffnung, die operativ mit dem Ölauslass des Motors verbunden ist, wobei das Gehäuse eine Kammer umfasst, die operativ mit der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung verbunden ist, und einen Kammerausgang, der operativ mit einem Pumpenantrieb verbunden ist, wobei der Pumpenantrieb konfiguriert ist, um eine oder mehrere Pumpen anzutreiben.
In einem Beispiel dieser Ausführungsform umfasst der elektrische Antrieb einen Wechselrichter mit einem elektrischen Eingang des Wechselrichters und einem elektrischen Ausgang des Wechselrichters, wobei der Wechselrichter die elektrische Generatorleistung in eine elektrische Wechselrichterleistung umwandelt und der elektrische Ausgang des Wechselrichters operativ mit dem elektrischen Motor verbunden ist, um den elektrischen Motor mit elektrischer Wechselrichterleistung zu versorgen. In einem zweiten Beispiel umfasst der elektrische Motor eine Antriebswelle, die so konfiguriert ist, dass sie operativ mit dem Getriebe verbunden ist, wobei eine Drehzahl der Antriebswelle eine Drehzahlsteuerung für das Getriebe bereitstellt. In einem dritten Beispiel bildet das Gehäuse einen Hohlraum, in dem sich die Kammer befindet, wobei die Kammer einen primären Pumpensumpf bildet und der Hohlraum einen sekundären Pumpensumpf bildet. In einem vierten Beispiel umfasst das Gehäuse eine Innenwand und eine Außenwand und ferner eine Abdeckung, die fest mit der Innenwand verbunden ist, um den sekundären Pumpensumpf zu bilden.
In einem fünften Beispiel umfasst die Innenwand des Gehäuses eine Rippe, und die Abdeckung ist fest mit der Rippe verbunden, um den sekundären Pumpensumpf zu bilden. In einem sechsten Beispiel bilden die Rippe und die Abdeckung eine Öffnung, wobei die Öffnung dazu konfiguriert ist, Öl aus dem Ölauslass des Generators und dem Ölauslass des elektrischen Motors in den Hohlraum freizusetzen. In einem siebten Beispiel bilden die Rippe und die Abdeckung eine im Wesentlichen fluiddichte Dichtung, die konfiguriert ist, um den Ölauslass des Generators und den Ölauslass des elektrischen Motors zu einer Sammelstelle des sekundären Pumpensumpfs zu führen. In einem achten Beispiel umfasst der elektrische Antrieb eine Leitung, die operativ an der Sammelstelle mit dem sekundären Pumpensumpf verbunden ist, wobei die Leitung konfiguriert ist, um das gesammelte Öl aus dem Pumpensumpf zu leiten.
Gemäß der Erfindung wird ein Arbeitsfahrzeug bereitgestellt, das einen Fahrzeugmotor und ein Getriebe, das operativ mit dem Fahrzeugmotor verbunden ist, umfasst, wobei das Getriebe ein Gehäuse mit einer ersten Öffnung, einer zweiten Öffnung und einer Kammer umfasst. Ein elektrischer Antrieb ist operativ mit dem Gehäuse verbunden und umfasst einen ölgekühlten elektrischen Generator und einen ölgekühlten elektrischen Motor. Der elektrische Generator umfasst einen Eingangsantrieb, der konfiguriert ist, um von dem Fahrzeugmotor angetrieben zu werden, einen elektrischen Ausgang, der konfiguriert ist, um elektrische Generatorleistung bereitzustellen, und einen Ölauslass des elektrischen Generators, der konfiguriert ist, um einen Ölstrom von dem elektrischen Generator zu befördern. Der ölgekühlte elektrische Motor umfasst einen Motoreingang, einen Motorantrieb, der konfiguriert ist, um mechanische Leistung bereitzustellen, und einen Ölauslass des elektrischen Motors, der konfiguriert ist, um einen Ölstrom von dem elektrischen Motor zu befördern; wobei die erste Öffnung operativ mit dem Ölauslass des elektrischen Generators verbunden ist und die zweite Öffnung operativ mit dem Ölauslass des elektrischen Motors verbunden ist. Die Kammer ist operativ mit der ersten Öffnung und mit der zweiten Öffnung verbunden, und ein Kammerausgang ist operativ mit einem Pumpenantrieb verbunden, wobei der Pumpenantrieb konfiguriert ist, um eine oder mehrere Pumpen anzutreiben.
In einem Beispiel dieser Ausführungsform umfasst der elektrische Antrieb einen Wechselrichter mit einem elektrischen Eingang des Wechselrichters und einem elektrischen Ausgang des Wechselrichters, wobei der Wechselrichter die elektrische Generatorleistung in eine elektrische Wechselrichterleistung umwandelt und der elektrische Ausgang des Wechselrichters operativ mit dem elektrischen Motor verbunden ist, um den elektrischen Motor mit elektrischer Wechselrichterleistung zu versorgen. In einem zweiten Beispiel umfasst der elektrische Motor eine Antriebswelle, die so konfiguriert ist, dass sie operativ mit dem Getriebe verbunden ist, wobei eine Drehzahl der Antriebswelle eine Drehzahlsteuerung für das Getriebe bereitstellt. In einem dritten Beispiel bildet das Gehäuse einen Hohlraum, in dem sich die Kammer befindet, wobei die Kammer einen primären Pumpensumpf bildet und der Hohlraum einen sekundären Pumpensumpf bildet. In einem vierten Beispiel umfasst das Gehäuse eine Innenwand und eine Außenwand und ferner eine Abdeckung, die fest mit der Innenwand verbunden ist, um den sekundären Pumpensumpf zu bilden.
In einem fünften Beispiel umfasst die Innenwand des Gehäuses eine Rippe, und die Abdeckung ist fest mit der Rippe verbunden, um den sekundären Pumpensumpf zu bilden. In einem sechsten Beispiel bilden die Rippe und die Abdeckung eine Öffnung, wobei die Öffnung dazu konfiguriert ist, Öl aus dem Ölauslass des elektrischen Generators und dem Ölauslass des elektrischen Motors in den Hohlraum freizusetzen. In einem siebten Beispiel bilden die Rippe und die Abdeckung eine im Wesentlichen fluiddichte Dichtung, die konfiguriert ist, um den Ölauslass des elektrischen Generators und den Ölauslass des elektrischen Motors zu einer Sammelstelle des sekundären Pumpensumpfs zu führen. In einem achten Beispiel umfasst der elektrische Antrieb eine Leitung, die operativ an der Sammelstelle mit dem sekundären Pumpensumpf verbunden ist, wobei die Leitung konfiguriert ist, um das gesammelte Öl aus dem Pumpensumpf zu leiten.
Gemäß der Erfindung wird außerdem ein Verfahren zum Steuern der Drehzahl eines IVT-Getriebes mit einem Gehäuse, einem Pumpenantrieb und einem primären Pumpensumpf bereitgestellt, der zur Aufnahme von Öl konfiguriert ist. Das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines ölgekühlten elektrischen Generators, der operativ mit dem Gehäuse verbunden ist, und eines ölgekühlten elektrischen Motors, der operativ mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei der elektrische Generator einen Ölauslass des elektrischen Generators aufweist, der so konfiguriert ist, dass er einen Ölstrom von dem elektrischen Generator an das Gehäuse befördert, und einen elektrischen Ausgang, der operativ mit dem ölgekühlten elektrischen Motor verbunden ist, wobei der ölgekühlte elektrische Motor einen Ölauslass des elektrischen Motors aufweist, der konfiguriert ist, um einen Ölstrom von dem elektrischen Motor und einer Antriebswelle zu befördern, die sich in das Gehäuse erstreckt; Verbinden des Ölauslass des elektrischen Generators mit einer ersten Öffnung des Gehäuses und Verbinden des Ölauslass des elektrischen Motors mit einer zweiten Öffnung des Gehäuses; Bereitstellen einer Kammer innerhalb des Gehäuses, die operativ mit der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung verbunden ist, wobei die Kammer einen Kammerausgang umfasst, der operativ mit dem Pumpenantrieb verbunden ist; Zufuhr eines Ölstroms in die Kammer von der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung, wobei der zugeführte Ölstrom vom primären Pumpensumpf getrennt wird; und Steuern der Drehzahl der Antriebswelle, um die Drehzahl des IVT-Getriebes zu steuern.
In einem Beispiel dieser Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Freisetzen eines Teils des Öls aus der Kammer in den primären Pumpensumpf während des Betriebs des IVT-Getriebes.
Figurenliste
Die oben genannten Aspekte der vorliegenden Erfindung und die Art und Weise, diese zu erreichen, werden zunehmend deutlicher werden. Auch die Erfindung selbst wird durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung, zusammen mit den beigefügten Zeichnungen, verständlicher werden:

1 ist eine Seitenansicht eines Arbeitsfahrzeugs, insbesondere eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs, wie zum Beispiel eines Traktors.
2 ist eine perspektivische Rückansicht eines Schmiersystems für elektrische Maschinen.
3 ist eine perspektivische Vorderansicht eines Schmiersystems für elektrische Maschinen.
4 ist eine perspektivische Seitenansicht eines Schmiersystems für elektrische Maschinen.
5 ist eine perspektivische Seitenansicht eines Schmiersystems für elektrische Maschinen.
6 ist eine perspektivische Seitenansicht eines Teils des Schmiersystems für elektrische Maschinen von 5.
7 ist ein Systemflussdiagramm eines Schmiersystems für elektrische Maschinen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Damit die Prinzipien der neuen Erfindung einfacher nachzuvollziehen sind, wird nun auf die hier beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen Bezug genommen, und es wird eine spezifische Sprache verwendet, um Gleiches zu beschreiben. Es versteht sich jedoch, dass dadurch keine Einschränkung des Umfangs der neuen Erfindung beabsichtigt ist, wobei solche Änderungen und weiteren Modifikationen in den dargestellten Vorrichtungen und Verfahren sowie entsprechende weitere Anwendungen der Prinzipien der neuen Erfindung, wie sie hierin veranschaulicht sind, in Betracht zu ziehen sind, so wie sie einem Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich die neue Erfindung bezieht, normalerweise in den Sinn kommen würden.
1 ist eine Seitenansicht eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs und insbesondere eines Traktors 10, der einen Rahmen 12 umfasst, der an einem Paar Vorderräder 14 und einem Satz Hinterräder 16 gelagert ist. Während in den Ausführungsformen Räder beschrieben werden, werden andere Traktionselemente zum Bodeneingriff, einschließlich Ketten, in Betracht gezogen. Eine Fahrerkabine 18 ist an dem Rahmen 12 montiert und enthält verschiedene Steuerelemente für das Fahrzeug 10, die sich somit in Reichweite eines sitzenden oder stehenden Bedieners befinden. Gemäß einem Aspekt können diese Steuerelemente eine Lenkvorrichtung umfassen, wie zum Beispiel ein Lenkrad 20. Eine Antriebsmaschine 22, zum Beispiel ein Motor, ist an dem Rahmen 12 unterhalb eines Gehäuses 24 montiert und versorgt die angetriebenen Komponenten des Traktors 10 mit Leistung. Der Motor 22 ist zum Beispiel konfiguriert, um ein Getriebe (nicht gezeigt) anzutreiben, das gekoppelt ist, um die Räder mit verschiedenen ausgewählten Geschwindigkeiten und entweder in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung anzutreiben. In verschiedenen Ausführungsformen werden die Vorderräder, die Hinterräder oder alle Räder in einem Allradantriebsmodus angetrieben, um den Traktor 10 zu bewegen.
Während die beschriebenen Ausführungsformen in Bezug auf einen Traktor behandelt werden, werden neben landwirtschaftlichen Fahrzeugen auch andere Arbeitsfahrzeuge in Betracht gezogen, einschließlich Baufahrzeugen, forstwirtschaftlichen Fahrzeugen, Fahrzeugen zur Rasenpflege sowie Straßenfahrzeugen, die zum Räumen von Schnee, zum Verteilen von Salz oder zum Abschleppen von Fahrzeugen verwendet werden.
Die Kabine 18 bildet einen Bedienerarbeitsplatz 26, der von dem Rahmen 12 getragen wird. Die Kabine 18 umschließt auch einen Sitz 28 zum Sitzen des Bedieners. Der Bedienerarbeitsplatz 26 umfasst in verschiedenen Ausführungsformen eine oder mehrere Benutzeroberflächen 30, die einen Joystick, ein Gaspedal und eine Zapfwellensteuervorrichtung zum Ein- und Ausschalten der Zapfwelle umfassen, sich jedoch nicht darauf beschränken. Pedale für eine Bremse und eine Kupplung befinden sich ebenfalls in der Kabine 18, sind jedoch nicht gezeigt.
2 ist eine perspektivische Rückansicht eines Schmiersystems für elektrische Maschinen 50, das an einem Getriebegehäuse 52 montiert ist, das auch als Verteiler bekannt ist und das konfiguriert ist, um mit einem ölgekühlten elektrischen Generator 54 und einem ölgekühlten Motor 56 fluidmäßig zusammenzuwirken. Während hier der Begriff Öl verwendet wird, werden auch Kühlmittel und Fluid in Betracht gezogen. Das Getriebegehäuse ist so konfiguriert, dass es an dem Getriebe des Fahrzeugs 10 montiert werden kann, und umfasst eine Öffnung, durch die sich eine Zapfwelle 57 erstreckt, wie es in Fachkreisen verständlich ist. Das Getriebegehäuse 52 ist auf dem Getriebe positioniert dargestellt, so dass ein Bodenteil 58 des Gehäuses, wie in 2 dargestellt ist, sich am nächsten zum Boden befindet, und sich die Seitenteile des Gehäuses im Allgemeinen vertikal vom Bodenteil 58 erstrecken. Sowohl der ölgekühlte elektrische Generator 54 als auch der ölgekühlte Motor 56 sind an einem oberen Abschnitt des Gehäuses fest mit dem Getriebegehäuse 52 gekoppelt.
Der Generator 54 umfasst einen elektrischen Verbinder 60 und der Motor 56 umfasst einen elektrischen Verbinder 62. Ein elektrischer Wechselrichter 64 ist mit den Verbindern 60 und 62 gekoppelt, so dass die von dem Generator 54 erzeugte Leistung durch den Verbinder 60 an den Wechselrichter 64 übertragen wird. Der Wechselrichter 64 wandelt die Generatorleistung in eine Motorleistung um, die ausreicht, um den ölgekühlten Motor 56 anzutreiben. In anderen Ausführungsformen erzeugt der elektrische Generator direkt eine korrekte Motorleistung, um den Motor 56 anzutreiben, und der Wechselrichter 64 wird nicht benötigt. In anderen Ausführungsformen befindet sich ein Wechselrichter entweder im Generator 54 oder im Motor 56, und nur ein Kabel erstreckt sich vom Generator 54 zum Motor 56.
Sowohl der Generator 54 als auch der Motor 56 sind ölgekühlte Vorrichtungen und empfangen Öl von dem Öl, das sich in den Druckkanälen des Gehäuses 52 befindet. Der Hohlraum 65 umfasst einen primären Pumpensumpf 66, der im Allgemeinen in dem Hohlraum 65 in Richtung des Bodens 58 des Gehäuses 52 angeordnet ist. Während des Betriebs des Getriebes sammelt sich, aufgrund der Auswirkungen der Schwerkraft, Öl im primären Pumpensumpf 66 auf einem im Allgemeinen vordefinierten Niveau.
Während des Betriebs des Getriebes ist der Hohlraum 65 nicht vollständig mit Öl gefüllt. Druckkanäle, die in dem Gehäuse 52 angeordnet sind, liefern eine ausreichende Ölmenge, um den Generator 54 und den Motor 56 zu schmieren, und somit eine Kühlung beider vorzunehmen. Der Generator 54 umfasst eine von Zahnrädern angetriebene Antriebswelle 70, die von der Maschine angetrieben wird. Der Motor 56 umfasst eine Antriebswelle, die operativ mit dem Getriebe verbunden ist.
Das Getriebegehäuse 52 erhält unter Druck stehendes Öl von einer Schmierpumpe, die Teil des Schmiersystems 50 ist. Das Gehäuse 52 umfasst eine Vielzahl von Fluidkanälen, um das Öl den Zufuhröffnungen des Generators 52 und des Motors 54 zuzuführen. Das Öl fließt von einem der Fluidkanäle in den Generator 54 ein, die sich in dem Gehäuse 52 befinden, und fließt durch den Generator 54 und aus dem Generator zu einem hinteren Ablaufschlauch 72 heraus, wie in 2 zu sehen ist.
In einer Ausführungsform fließt etwa die Hälfte des dem Generator 52 zugeführten Öls aus dem hinteren Ablaufschlauch 72 und die verbleibende Ölmenge fließt von einer offenen Seite des Generators 52 durch Hohlräume in dem Verteiler und der hinteren Abdeckung zu einem sekundären Pumpensumpf 80 ab, der auch Öl von dem hinteren Ablaufschlauch 72 erhält. In ähnlicher Weise fließt Öl durch Fluidkanäle, die in dem Gehäuse 52 angeordnet sind, in den Motor 56 ein, genauso wie das Öl in den Generator 54 einfließt. Etwa die Hälfte des Öls fließt durch den Motor 56 und aus dem Motor 56 heraus zu einem hinteren Ablaufschlauch 74. Die verbleibende Menge fließt von einer offenen Seite des Motors 56 in den sekundären Pumpensumpf 80 ein. Andere Ölmengen werden in Betracht gezogen.
Jeder der hinteren Ablaufschläuche 72 und 74 erstreckt sich von seinen jeweiligen Vorrichtungen und ist jeweils an einer ersten Verbindung 76 und einer zweiten Verbindung 77 mit dem Gehäuse 52 gekoppelt. Der Motor 56 umfasst die Antriebswelle 75, die operativ mit dem Getriebe verbunden ist. Die Drehzahl der Welle 75 steuert die Drehzahl des Getriebes, wie es in Fachkreisen verständlich ist. Die Drehzahl der Welle wird in verschiedenen Ausführungsformen vom Bediener oder von einem halbautonomen Steuersystem des Fahrzeugs vorgegeben. Unter Verwendung der befohlenen Drehzahl wählt das Getriebe einen Betriebsmodus und eine Elektromotordrehzahl, um die befohlene Drehzahl zu erreichen.
Eine Schnittstelle 78 und eine Schnittstelle 79 befinden sich an einer Außenseite des Gehäuses 52 und werden verwendet, um Getriebefunktionen zu steuern, wie es in Fachkreisen verständlich ist. Eine andere Schnittstelle umfasst die Anschlüsse 130, 132 und 134. Eine Öffnung dient zum Zuführen eines Steuerdruckstroms von einer externen Pumpe. Eine zweite Öffnung dient zum Zuführen eines Schmiermittelstroms von einer primären Schmierpumpe 126 (siehe 7). Eine dritte Öffnung ist eine Steuerleitung, die das Getriebe für andere Fahrzeugfunktionen verlässt. In anderen Ausführungsformen wird ein einzelner Fluidkühler oder mehr als zwei Fluidkühler in Betracht gezogen.
Öffnungen, die sich durch das Gehäuse 52 erstrecken, befördern Öl von jedem der Generatoren durch den Generatorablaufschlauch 72 und den Motorablaufschlauch 74 zu einem sekundären Pumpensumpf 80, wie in 3 dargestellt. Der sekundäre Pumpensumpf 80 befindet sich im Allgemeinen in einem zentralen Abschnitt des Gehäuses 52 und umfasst eine Abdeckung oder Platte 82, die eine Wand bildet, um den sekundären Pumpensumpf 80 mit dem Inneren des Gehäuses 52 zu bilden. Wie ferner in 4 zu erkennen ist, fließt das sich im sekundären Pumpensumpf befindende Öl durch die Schwerkraft zwischen der Platte 82 und dem Inneren des Gehäuses in Richtung des Bodens 58 des Gehäuses, wo es sich zwischen der Platte 82 und dem Gehäuse 52 sammelt. Eine Leitung 84, die auch als Überbrückungsschlauch bezeichnet wird, überträgt das gesammelte Öl aus dem sekundären Pumpensumpf 80 zu einer Pumpvorrichtung 86, die in verschiedenen Ausführungsformen eine oder mehrere Pumpen, einschließlich einer Spülpumpe und/oder einer Umwälzpumpe, umfasst. Eine Antriebswelle 88 erstreckt sich durch die Pumpvorrichtung 86 und ist in verschiedenen Ausführungsformen mit verschiedenen Arbeitsgeräten zum mechanischen Antrieb dieser Arbeitsgeräte gekoppelt. In einer Ausführungsform ist die Antriebswelle 88 mit einer Zapfwelle gekoppelt, die an der Vorderseite des Fahrzeugs 10 angeordnet ist.
5 veranschaulicht den Hohlraum 65 des Gehäuses 52, wobei die Platte 82 entfernt ist. Das Gehäuse 52 umfasst erhöhte Merkmale 90, wie zum Beispiel Rippen, die sich von einer Rückwand 92 des Gehäuses 52 erstrecken, um den sekundären Pumpensumpf 80 in Verbindung mit der Platte 82 zu bilden. Die Merkmale 90 erstrecken sich von einem Spalt 94 zum Boden des Gehäuses 52. Die Merkmale 90 leiten in Verbindung mit der Platte 82 den Fluidstrom aus einer mit dem Motorablaufschlauch 74 verbundenen Öffnung 96 und leiten den Fluidstrom aus einer mit dem Generatorablaufschlauch 72 verbundenen Öffnung 98. Der Fluidstrom fließt von jeder der Öffnungen 96 und 98 in Richtung der Leitung 84, wo er der Pumpenvorrichtung 86 zugeführt wird. Die Rippe 90 und die Platte 82 bilden zusammen eine relativ fluiddichte Dichtung, um Öl von dem Generator und von dem Motor innerhalb des Hohlraums 65 fernzuhalten.
Der Spalt 94 zwischen der Rückwand 92 und der Platte 82 stellt eine Öffnung bereit, die es ermöglicht, das Fluid aus dem sekundären Pumpensumpf 80 nach Bedarf in das Innere des Gehäuses auszustoßen oder abzugeben. Zum Beispiel bewegt sich unter bestimmten Bedingungen, bei denen der Ölstrom aus dem Generatorablaufschlauch 72 und dem Motorablaufschlauch 74 die Kapazität des sekundären Pumpensumpfs 80 übersteigt, das Fluid durch den Spalt 94 in den Gehäusehohlraum 65.
Der sekundäre Pumpensumpf 80, wie ferner in 6 veranschaulicht, umfasst ein Bodenteil 100 oder eine Sammelstelle, wo sich das durch die Öffnungen 96 und 98 aufgenommene Fluid sammelt. Die Leitung 84 umfasst ein offenes Ende 102, das das Fluid zur Bewegung durch einen Schlauch 84 aufnimmt. Der Schlauch 84 ist operativ mit einem Pumpenvorrichtungsgehäuse 106 verbunden, das eine Öffnung 108 enthält, die mit dem Schlauch 104 verbunden ist. Das Gehäuse 106 umfasst einen Kanal 110, der konfiguriert ist, um das Öl an die eine oder die mehreren Pumpen, die von der Pumpenvorrichtung 86 angetrieben werden, zu befördern. Eine Abdeckung 112 (siehe 5) wurde entfernt, um das Innere des Gehäuses 106 zu veranschaulichen. Der Bodenteil des sekundären Pumpensumpfs 100 weist keine Öffnung auf, und folglich fließt kein in dem sekundären Pumpensumpf 80 befindliches Fluid in den primären Pumpensumpf 66 ein, es sei denn, das Fluid entweicht aus dem Spalt 94.
7 veranschaulicht ein Systemflussdiagramm des Schmiersystems für elektrische Maschinen 50. Das System 50 umfasst den primären Pumpensumpf 66, der fluidmäßig mit dem sekundären Pumpensumpf 80 gekoppelt ist, der sich aus dem Fluidüberlauf am Überlaufspalt 94 ergibt. Der primäre Pumpensumpf 66 liefert das Fluid für den Getriebeschmierkreislauf, der sowohl für den ölgekühlten Generator 54 als auch den ölgekühlten Motor 56 vorgesehen ist. In 7 werden die Beschriftungen MG1 und MG2 verwendet, um den Motor bzw. Generator anzuzeigen. In verschiedenen Ausführungsformen werden umgekehrte Positionen des Motors und des Generators in Betracht gezogen. In anderen Ausführungsformen sind jedoch die zwei elektronischen Maschinen (eMachinen), der Generator 54 und der Motor 56, so konfiguriert, dass sie beide Funktionen der elektrischen Leistungserzeugung und der mechanischen Leistungserzeugung bereitstellen.
Öl, das in den sekundären Pumpensumpf 80 geflossen ist, wird einer Spülpumpe 120 und einer Umwälzpumpe 122 zugeführt, die Teile der Pumpenvorrichtung 86 sind, wie hierin beschrieben. Das von jeder der Pumpen 120 und 122 gepumpte Fluid wird dem Fluidkreislauf zugeführt, wo das Fluid von einem Ölkühler 124 gekühlt wird, der sich außerhalb des Getriebes befindet. Eine Kühler- bzw. Schmiermittelpumpe 126 und ein zugehöriger Pumpensumpf 128 sind außerhalb des Getriebes angeordnet, um verschiedenen Schmierkreisläufen Fluid zuzuführen, wie es in Fachkreisen verständlich ist.
Während beispielhafte Ausführungsformen, die die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung enthalten, vorstehend beschrieben wurden, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Diese Anmeldung soll stattdessen jegliche Variationen, Verwendungen oder Anpassungen der Offenbarung unter Verwendung ihrer allgemeinen Prinzipien abdecken. Während die Ausdrücke „größer als“ und „kleiner als“ zum Vergleich verwendet wurden, versteht es sich außerdem, dass sowohl „kleiner als“ oder „größer als“ auch die Bestimmung von einem gleichen Wert umfassen kann. Ferner soll diese Anmeldung solche Abweichungen von der vorliegenden Offenbarung abdecken, die innerhalb der bekannten oder üblichen Praxis auf dem Gebiet, auf das sich diese Offenbarung bezieht, erfolgen und die innerhalb der Grenzen der beigefügten Ansprüche liegen.

Claims

Elektrischer Antrieb (54, 56) für ein Getriebe, das operativ mit einem Fahrzeugmotor (22) verbunden ist, wobei der elektrische Antrieb Folgendes umfasst: elektrischer Generator (54), der einen Eingangsantrieb umfasst, der konfiguriert ist, um von dem Fahrzeugmotor (22) angetrieben zu werden, einen elektrischen Ausgang umfasst, der konfiguriert ist, um elektrische Generatorleistung bereitzustellen, und einen Ölauslass des elektrischen Generators (54) umfasst, der konfiguriert ist, um einen Ölstrom von dem elektrischen Generator (54) zu befördern; ölgekühlter elektrischer Motor (56), der einen Motoreingang, einen Motorantrieb, der konfiguriert ist, um eine mechanische Leistung bereitzustellen, und einen Ölauslass des elektrischen Motors (56), der konfiguriert ist, um einen Ölstrom von dem elektrischen Motor (56) zu befördern, umfasst; und Gehäuse (52), das eine erste Öffnung umfasst, die operativ mit dem Ölauslass des Generators verbunden ist, und eine zweite Öffnung umfasst, die operativ mit dem Ölauslass des elektrischen Motors (56) verbunden ist, wobei das Gehäuse (52) eine Kammer umfasst, die operativ mit der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung verbunden ist, und einen Kammerausgang umfasst, der operativ mit einem Pumpenantrieb verbunden ist, wobei der Pumpenantrieb konfiguriert ist, um eine oder mehrere Pumpen für einen Schmierkreislauf des Getriebes anzutreiben.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Wechselrichter (64), der einen elektrischen Eingang des Wechselrichters (64) und einen elektrischen Ausgang des Wechselrichters (64) umfasst, wobei der Wechselrichter die elektrische Generatorleistung in eine elektrische Wechselrichterleistung umwandelt und wobei der elektrische Ausgang des Wechselrichters (64) operativ mit dem elektrischen Motor (56) verbunden ist, um den elektrischen Motor (56) mit elektrischer Wechselrichterleistung zu versorgen.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, wobei der elektrische Motor (56) eine Antriebswelle (75) umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie operativ mit dem Getriebe verbunden ist, wobei eine Drehzahl der Antriebswelle (75) eine Drehzahlsteuerung für das Getriebe bereitstellt.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei das Gehäuse (52) einen Hohlraum (65) bildet, in dem sich die Kammer befindet, wobei die Kammer einen primären Pumpensumpf (66) bildet und der Hohlraum (65) einen sekundären Pumpensumpf (80) bildet.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 4, wobei das Gehäuse (52) eine Innenwand und eine Außenwand umfasst und ferner eine Abdeckung (82) umfasst, die fest mit der Innenwand verbunden ist, um den sekundären Pumpensumpf (80) zu bilden.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 5, wobei die Innenwand des Gehäuses (52) eine Rippe (90) umfasst, und die Abdeckung (82) fest mit der Rippe (90) verbunden ist, um den sekundären Pumpensumpf (80) zu bilden.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 6, wobei die Rippe (90) und die Abdeckung (82) eine Öffnung bilden, wobei die Öffnung dazu konfiguriert ist, Öl aus dem Ölauslass des elektrischen Generators (54) und dem Ölauslass des elektrischen Motors (56) in den Hohlraum (65) freizusetzen.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche 6 oder 7, wobei die Rippe (90) und die Abdeckung (82) eine im Wesentlichen fluiddichte Dichtung bilden, die konfiguriert ist, um den Ölauslass des elektrischen Generators (54) und den Ölauslass des elektrischen Motors (56) zu einer Sammelstelle des sekundären Pumpensumpfs (80) zu leiten.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche 4 bis 8, der ferner eine Leitung (84) umfasst, die operativ an der Sammelstelle mit dem sekundären Pumpensumpf (80) verbunden ist, wobei die Leitung (84) konfiguriert ist, um das gesammelte Öl aus dem Pumpensumpf zu leiten.
Arbeitsfahrzeug, das Folgendes umfasst: einen Fahrzeugmotor (22); ein Getriebe, das operativ mit dem Fahrzeugmotor (22) verbunden ist, wobei das Getriebe ein Gehäuse (52) umfasst, einschließlich einer ersten Öffnung, einer zweiten Öffnung und einer Kammer; und einen elektrischen Antrieb (54, 56), der operativ mit dem Gehäuse (52) verbunden ist, wobei der elektrische Antrieb Folgendes umfasst: i) einen ölgekühlten elektrischen Generator (54) mit einem Eingangsantrieb, der konfiguriert ist, um von dem Fahrzeugmotor (22) angetrieben zu werden, einem elektrischen Ausgang, der konfiguriert ist, um elektrische Generatorleistung bereitzustellen, und einem Ölauslass des elektrischen Generators (54), der konfiguriert ist einen Ölstrom von dem elektrischen Generator (54) zu befördern; und ii) einen ölgekühlten elektrischen Motor (56) mit einem Motoreingang, einem Motorantrieb, der konfiguriert ist, um mechanische Leistung bereitzustellen, und einem Ölauslass des elektrischen Motors (56), der konfiguriert ist, um einen Ölstrom von dem elektrischen Motor (56) zu befördern; wobei die erste Öffnung operativ mit dem Ölauslass des elektrischen Generators (54) verbunden ist und die zweite Öffnung operativ mit dem Ölauslass des elektrischen Motors (56) verbunden ist, wobei die Kammer mit der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung operativ verbunden ist und ein Kammerausgang operativ mit einem Pumpenantrieb verbunden ist, wobei der Pumpenantrieb konfiguriert ist, dass er eine oder mehrere Pumpen für einen Schmierkreislauf des Getriebes antreibt.
Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 10, wobei der elektrische Antrieb einen Wechselrichter (64) mit einem elektrischen Eingang des Wechselrichters (64) und einem elektrischen Ausgang des Wechselrichters umfasst, wobei der Wechselrichter (64) die elektrische Generatorleistung in eine elektrische Wechselrichterleistung umwandelt und wobei der elektrische Ausgang des Wechselrichters operativ mit dem elektrischen Motor (56) verbunden ist, um den elektrischen Motor (56) mit elektrischer Wechselrichterleistung zu versorgen.
Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 10 oder 11, wobei der elektrische Motor (56) eine Antriebswelle (75) umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie operativ mit dem Getriebe verbunden ist, wobei eine Drehzahl der Antriebswelle (75) eine Drehzahlsteuerung für das Getriebe bereitstellt.
Arbeitsfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche 10 bis 12, wobei das Gehäuse (52) einen Hohlraum (65) bildet, in dem sich die Kammer befindet, wobei die Kammer einen primären Pumpensumpf (66) bildet und der Hohlraum einen sekundären Pumpensumpf (80) bildet.
Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 13, wobei das Gehäuse (52) eine Innenwand und eine Außenwand umfasst und ferner eine Abdeckung (82) umfasst, die fest mit der Innenwand verbunden ist, um den sekundären Pumpensumpf (80) zu bilden.
Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Innenwand des Gehäuses (52) eine Rippe (90) umfasst, und die Abdeckung (82) fest mit der Rippe (90) verbunden ist, um den sekundären Pumpensumpf (80) zu bilden.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 15, wobei die Rippe (90) und die Abdeckung (82) eine Öffnung bilden, wobei die Öffnung dazu konfiguriert ist, Öl aus dem Ölauslass des elektrischen Generators (54) und dem Ölauslass des elektrischen Motors (56) in den Hohlraum (65) freizusetzen.
Elektrischer Antrieb nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Rippe (90) und die Abdeckung (82) eine im Wesentlichen fluiddichte Dichtung bilden, die konfiguriert ist, um den Ölauslass des Generators und den Ölauslass des elektrischen Motors (56) zu einer Sammelstelle des sekundären Pumpensumpfs (80) zu leiten.
Elektrischer Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche 13 bis 17, der ferner eine Leitung (84) umfasst, die operativ an der Sammelstelle mit dem sekundären Pumpensumpf (80) verbunden ist, wobei die Leitung (84) konfiguriert ist, um das gesammelte Öl aus dem Pumpensumpf zu leiten.
Verfahren zum Steuern der Drehzahl eines IVT-Getriebes mit einem Gehäuse (52), einem Pumpenantrieb und einem primären Pumpensumpf (66), der zur Aufnahme von Öl konfiguriert ist, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines ölgekühlten elektrischen Generators (54), der operativ mit dem Gehäuse (52) verbunden ist, und eines ölgekühlten Motors (56), der operativ mit dem Gehäuse (52) verbunden ist, wobei der elektrische Generator (54) einen Ölauslass des elektrischen Generators (54) aufweist, der so konfiguriert ist, dass er einen Ölstrom von dem elektrischen Generator (54) an das Gehäuse (52) befördert, und einen elektrischen Ausgang, der operativ mit dem ölgekühlten elektrischen Motor (56) verbunden ist, wobei der ölgekühlte elektrische Motor (56) einen Ölauslass des elektrischen Motors (56) aufweist, der konfiguriert ist, um einen Ölstrom von dem elektrischen Motor (56) und einer Antriebswelle (75) zu befördern, die sich in das Gehäuse (52) erstreckt; Verbinden des Ölauslasses des elektrischen Generators (54) mit einer ersten Öffnung des Gehäuses (52) und Verbinden des Ölauslasses des elektrischen Motors (56) mit einer zweiten Öffnung des Gehäuses (52); Bereitstellen einer Kammer innerhalb des Gehäuses (52), die operativ mit der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung verbunden ist, wobei die Kammer einen Kammerausgang umfasst, der operativ mit dem Pumpenantrieb verbunden ist; Zufuhr eines Ölstroms in die Kammer von der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung, wobei der zugeführte Ölstrom vom primären Pumpensumpf (66) getrennt wird; und Steuern der Drehzahl der Antriebswelle (75), um die Drehzahl des IVT-Getriebes zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 19, ferner umfassend das Freisetzen eines Teils des Öls aus der Kammer in den primären Pumpensumpf (66) während des Betriebs des IVT-Getriebes.