DE102020129948A1

DE102020129948A1 - Kühlsystem für einen induktor in einer leistungsversorgungsvorrichtung eines hybrid-/elektrofahrzeugs

Info

Publication number: DE102020129948A1
Application number: DE102020129948.6A
Authority: DE
Inventors: John P. CASCI; Moon Young Lee; Vincent T. SKALSKI
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2020-11-12
Publication date: 2021-05-20
Also published as: CN112820504A; US11264164B2; US20210151245A1

Abstract

Diese Offenbarung stellt ein Kühlsystem für einen Induktor in einer Leistungsversorgungsvorrichtung eines Hybrid-/Elektrofahrzeugs bereit. Ein Induktor für einen Aufwärtswandler in einem Hybridfahrzeug beinhaltet einen Kern, eine Spulenwicklung und eine Endkappe. Die Spulenwicklung ist um den Kern angeordnet. Die Endkappe ist über einem ersten Ende des Induktors angeordnet, überragt die Spulenwicklung, definiert einen Kanal, der dazu konfiguriert ist, Fluid von einer Pumpe aufzunehmen, definiert mindestens eine Düse, die dazu konfiguriert ist, Fluid von einem überragenden Abschnitt der Endkappe und auf die Spule zu leiten, und definiert einen Fluidbehälter, der in Fluidverbindung mit dem Kanal und der mindestens einen Düse steht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Hybrid-/Elektrofahrzeuge und Leistungsversorgungsvorrichtungen für Hybrid-/Elektrofahrzeuge.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Elektro- und Hybridfahrzeuge können Leistungsversorgungsvorrichtungen beinhalten, die dazu konfiguriert sind, elektrische Leistung von Gleichstrom (direct current - DC) in Wechselstrom (alternating current - AC) und/oder umgekehrt umzuwandeln.
KURZDARSTELLUNG
Ein Fahrzeug beinhaltet eine elektrische Maschine, eine Batterie, eine elektrische Schaltung und einen Aufwärtswandler. Die elektrische Maschine ist dazu konfiguriert, das Fahrzeug anzutreiben. Die Batterie ist dazu konfiguriert, Leistung an die elektrische Maschine abzugeben. Die elektrische Schaltung ist dazu konfiguriert, Gleichstromleistung von der Batterie in Wechselstromleistung umzuwandeln und die Wechselstromleistung an die elektrische Maschine abzugeben. Der Aufwärtswandler weist einen Induktor auf und ist dazu konfiguriert, die Batteriespannung, die in die elektrische Schaltung eingegeben wird, zu erhöhen. Der Induktor umfasst einen Kern, eine Spule, eine Ummantelung und ein Rückschlagventil. Die Ummantelung ist über einem ersten Ende des Induktors angeordnet. Die Ummantelung definiert einen Kanal, der in Fluidverbindung mit einer Getriebepumpe steht. Die Ummantelung definiert zudem mindestens eine Düse, die in Fluidverbindung mit dem Kanal steht und dazu konfiguriert ist, Getriebefluid auf die Spule zu leiten. Das Rückschlagventil ist innerhalb des Kanals zwischen der Getriebepumpe und der mindestens einen Düse angeordnet. Das Rückschlagventil ist dazu konfiguriert, zu verhindern, dass Getriebefluid durch den Kanal in Richtung der Getriebepumpe zurückfließt.
Ein Induktor für einen Aufwärtswandler in einem Hybridfahrzeug beinhaltet einen Kern, eine Spulenwicklung und eine Endkappe. Die Spulenwicklung ist um den Kern angeordnet. Die Endkappe ist über einem ersten Ende des Induktors angeordnet, überragt die Spulenwicklung, definiert einen Kanal, der dazu konfiguriert ist, Fluid von einer Pumpe aufzunehmen, definiert mindestens eine Düse, die dazu konfiguriert ist, Fluid von einem überragenden Abschnitt der Endkappe und auf die Spule zu leiten, und definiert einen Fluidbehälter, der in Fluidverbindung mit dem Kanal und mindestens einer Düse steht.
Ein Induktor für einen Aufwärtswandler in einem Hybridfahrzeug beinhaltet einen Kern, eine Spulenwicklung und eine Ummantelung. Die Spulenwicklung ist um den Kern angeordnet. Die Ummantelung ist über einem oberen Ende des Induktors angeordnet. Die Ummantelung definiert einen Kanal, der dazu konfiguriert ist, Fluid von einer Pumpe aufzunehmen. Die Ummantelung weist ein äußeres Ende auf, das die Spulenwicklung überragt. Das äußere Ende definiert mindestens eine Düse, die dazu konfiguriert ist, Fluid aus dem Kanal und nach unten auf die Spule zu leiten.
Figurenliste

1 ist eine schematische Veranschaulichung eines repräsentativen Antriebsstrangs eines Hybridelektrofahrzeugs;
2 ist ein Schaltplan einer Leistungssteuerung, der einen Wechselrichter veranschaulicht, der mit einer DC-Leistungsquelle und einer elektrischen Maschine gekoppelt ist;
3 ist ein Induktor für einen Spannungswandler, der ein DC/DC-Aufwärtswandler für das Hybridantriebsstrangsystem sein kann;
4 ist eine Teilquerschnittsansicht entlang der Linie 4-4 in 5; und
5 ist eine Teilquerschnittsansicht entlang der Linie 5-5 in 3.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In dieser Schrift sind Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Dabei versteht es sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedenartige und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Deshalb sind in dieser Schrift offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die verschiedenen Einsatzmöglichkeiten der Ausführungsformen zu lehren. Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass verschiedene Merkmale, die in Bezug auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden können, welche in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht werden, um Ausführungsformen herzustellen, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen gewünscht sein.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Hybridelektrofahrzeug 10 mit einem leistungsverzweigten Antriebsstrang veranschaulicht. Der Antriebsstrang beinhaltet zwei Leistungsquellen, die mit der Kraftübertragung verbunden sind: (1) einen Verbrennungsmotor 16 und eine elektrische Maschine 50 (die als Generator bezeichnet werden kann), die über eine Planetenradanordnung 20 miteinander verbunden sind; und (2) ein elektrisches Antriebssystem, das eine Batterie 12 mit einem Batteriesteuermodul (battery control module - BCM), eine elektrische Maschine 46 (die als Elektromotor bezeichnet werden kann) und einen Generator 50 beinhaltet. Die Batterie 12 ist ein Energiespeichersystem für den Elektromotor 46 und den Generator 50.
Eine Fahrzeugsystemsteuerung (vehicle system controller - VSC) 11 ist dazu konfiguriert, Steuersignale an eine oder mehrere von der Batterie 12, dem Verbrennungsmotor 16, dem Elektromotor 46 und dem Generator 50 zu senden und sensorische Rückkopplungsinformationen von diesen zu empfangen, damit den Fahrzeugtraktionsrädern 40 Leistung zum Antreiben des Fahrzeugs 10 bereitgestellt wird. Die Steuerung 11 steuert die Leistungsquellenaufteilung zwischen der Batterie 12 und dem Verbrennungsmotor 16, um Leistung zum Antreiben des Fahrzeugs 10 bereitzustellen, und steuert dadurch den Ladezustand (state of charge - SOC) der Batterie 12.
Das Getriebe 14 beinhaltet eine Planetenanordnung 20, die ein Hohlrad 22, ein Sonnenrad 24 und eine Trägerbaugruppe 26 beinhaltet. Das Hohlrad 22 verteilt Drehmoment auf Stufenübersetzungszahnräder, die ineinandergreifende Zahnradelemente 28, 30, 32, 34 und 36 umfassen. Eine Drehmomentausgangswelle 38 des Getriebes 14 ist durch einen Differential- und-Achs-Mechanismus 42 antreibbar mit Rädern 40 verbunden. Die Zahnräder 30, 32 und 34 sind auf einer Vorgelegewelle 31 montiert, wobei das Zahnrad 32 in ein elektromotorgetriebenes Zahnrad 44 eingreift. Der Elektromotor 46 treibt das Zahnrad 44 an. Das Zahnrad 44 dient als Drehmomenteingang für die Vorgelegewelle 31. Der Elektromotor 16 verteilt Drehmoment durch die Eingangswelle 18 an das Getriebe 14. Die Batterie 12 liefert dem Elektromotor 46 durch den Leistungsflusspfad 48 elektrische Leistung. Der Generator 50 ist durch den Leistungsflusspfad 52 elektrisch mit der Batterie 12 und dem Elektromotor 46 verbunden. Die Leistungsflusspfade 48 und 52 können eine Wechselrichterschaltung beinhalten, um Gleichstromleistung von der Batterie 12 in Wechselstromleistung umzuwandeln, die dann an den Elektromotor 46 oder den Generator 50 abgegeben werden kann, um die Leistungsausgabe des Antriebsstrangs zu erhöhen. Die Leistungsflusspfade 48 und 52 können auch eine Gleichrichterschaltung beinhalten, um Wechselstromleistung entweder von dem Elektromotor 46 oder dem Generator 50 in Gleichstromleistung umzuwandeln, die dann an die Batterie 12 abgegeben werden kann, um die Batterie 12 wiederaufzuladen, was während regenerativem Bremsen, oder während der Verbrennungsmotor 16 den Generator 50 mit Leistung versorgt, auftreten kann.
Während die Batterie 12 als einzige Leistungsquelle bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor 16 fungiert, werden die Eingangswelle 18 und die Trägerbaugruppe 26 durch eine Überholkopplung (d. h. Freilaufkupplung (one-way clutch - OWC)) 53 gebremst. Eine mechanische Bremse 55 verankert den Rotor des Generators 50 und das Sonnenrad 24, wenn der Verbrennungsmotor 16 eingeschaltet ist und sich der Antriebsstrang in einem Parallelantriebsmodus befindet, wobei das Sonnenrad 24 als Reaktionselement fungiert.
Die Steuerung 11 empfängt ein Signal PRND (Park - Parken, Reverse - Rückwärts, Neutral - Leerlauf, Drive - Fahren) von einem Getriebebereichswähler 63, das an das Getriebesteuermodul (transmission control module - TCM) 67 verteilt wird, zusammen mit einem gewünschten Raddrehmoment, einer gewünschten Verbrennungsmotordrehzahl und einem Generatorbremsbefehl, wie bei 71 gezeigt. Ein Batterieschalter 73 wird nach dem „Schlüssel-ein“-Start des Fahrzeugs geschlossen. Die Steuerung 11 gibt eine gewünschte Verbrennungsmotordrehmomentanforderung an den Verbrennungsmotor 16 heraus, wie bei 69 gezeigt, die von der Ausgabe eines Gaspedalpositionssensors (accelerator pedal position sensor - APPS) 65 abhängig ist. Ein Bremspedalpositionssensor (BPPS) verteilt ein Radbremssignal an die Steuerung 11, wie bei 61 gezeigt. Ein Bremssystemsteuermodul (nicht gezeigt) kann einen regenerativen Bremsbefehl auf Grundlage von Informationen von dem BPPS an die Steuerung 11 erteilen. Das TCM 67 gibt ein Generatorbremssteuersignal an die Generatorbremse 55 heraus. Das TCM 67 verteilt zudem ein Generatorsteuersignal an den Generator 50.
Die in 1 veranschaulichten Steuerungen (d. h. VSC 11, BCM und TCM 67) können Teil eines größeren Steuersystems sein und können durch verschiedene andere Steuerungen in dem gesamten Fahrzeug 10 gesteuert werden. Dementsprechend versteht es sich, dass die Steuerungen und eine oder mehrere andere Steuerungen gemeinsam als eine „Steuerung“ bezeichnet werden können, die verschiedene Aktoren als Reaktion auf Signale von verschiedenen Sensoren steuert, um Funktionen wie etwa Starten/Abschalten des Verbrennungsmotors 16, Betreiben des Elektromotors 46, um Raddrehmoment bereitzustellen, den Generator zu betreiben, um die Batterie 12 zu laden, usw. zu steuern. Die Steuerungen können einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit (central processing unit - CPU) beinhalten, der/die mit verschiedenen Arten computerlesbarer Speichervorrichtungen oder -medien in Kommunikation steht. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können flüchtige und nichtflüchtige Speicher zum Beispiel in Festwertspeicher (read-only memory - ROM), Direktzugriffsspeicher (random-access memory - RAM) und Keep-Alive-Speicher (keep-alive memory - KAM) beinhalten. Bei KAM handelt es sich um einen dauerhaften oder nichtflüchtigen Speicher, der zum Speichern verschiedener Betriebsvariablen verwendet werden kann, während die CPU heruntergefahren ist. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können unter Verwendung einer beliebigen aus einer Vielzahl von bekannten Speichervorrichtungen umgesetzt sein, wie etwa PROM (programmierbare Festwertspeicher), EPROM (elektronische PROM), EEPROM (elektronische löschbare PROM), Flash-Speicher oder beliebige andere elektronische, magnetische, optische oder kombinierte Speichervorrichtungen, die dazu in der Lage sind, Daten zu speichern, von denen einige ausführbare Befehle darstellen, die durch die Steuerungen beim Steuern des Fahrzeugs 10 verwendet werden.
Es versteht sich, dass die in dieser Schrift beschriebene Fahrzeugkonfiguration lediglich beispielhafter Natur ist und nicht einschränkend sein soll. Andere Hybrid- oder Elektrofahrzeugkonfigurationen sollen als in dieser Schrift offenbart betrachtet werden. Zu anderen Fahrzeugkonfigurationen können unter anderem Folgende gehören: Reihenhybridfahrzeuge, Parallelhybridfahrzeuge, Reihen-Parallel-Hybridfahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEV), Brennstoffzellen-Hybridfahrzeuge, batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEV) oder eine beliebige andere einem Durchschnittsfachmann bekannte Fahrzeugkonfiguration.
Unter Bezugnahme auf 2 ist ein Schaltplan einer Leistungssteuerung (oder Leistungsversorgungsvorrichtung) 75, die an eine Leistungsquelle 77 und eine elektrische Maschine 79 gekoppelt ist, veranschaulicht. Die Leistungsquelle 77 kann die Batterie 12 sein und die elektrische Maschine 79 kann der in 1 beschriebene Elektromotor 46 oder Generator 50 sein. Die Leistungssteuerung 75 kann in einem elektrischen Antriebssystem des Fahrzeugs 10 verwendet werden. Die Leistungsquelle 77 kann an die Leistungssteuerung 75 gekoppelt sein, um die elektrische Maschine 79 anzutreiben. Die Leistungssteuerung 75 kann einen Wechselrichter 81 und einen Spannungswandler 83 beinhalten. Der Spannungswandler 83 kann ein DC/DC-Aufwärtswandler sein, der dazu konfiguriert ist, die Spannung der Leistungsquelle 77, die in den Wechselrichter 81 eingegeben wird, zu erhöhen. Der Spannungswandler 83 beinhaltet einen Induktor. Der Wechselrichter 81 und der Spannungswandler 83 können dazu konfiguriert sein, elektrische Leistung an die elektrische Maschine 79 abzugeben.
Der Wechselrichter 81 beinhaltet eine Wechselrichterschaltung. Die Wechselrichterschaltung kann Schalteinheiten 85 beinhalten. Die Schalteinheiten 85 können jeweils einen Transistor 87, wie etwa einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (insulated gate bipolar transistor - IGBT), antiparallel mit einer Diode 89 geschaltet, umfassen. Die Schalteinheiten 85 können dazu konfiguriert sein, der elektrischen Maschine 79 Wechselstrom bereitzustellen. Insbesondere kann der Wechselrichter 81 dazu konfiguriert sein, elektrischen Gleichstrom, der durch die Leistungsquelle 77 bereitgestellt wird, in elektrischen Wechselstrom umzuwandeln, der dann an die elektrische Maschine 79 abgegeben wird. Die Leistungssteuerung 75 kann einen Koppelkondensator 91 beinhalten. Der Koppelkondensator 91 kann zwischen der Leistungsquelle 77 und dem Wechselrichter 81 angeordnet sein. Der Koppelkondensator 91 kann dazu konfiguriert sein, Welligkeitsströme, die an dem Wechselrichter 81 oder der Leistungsquelle 77 erzeugt werden, zu absorbieren und die DC-Koppelspannung, Vo, zur Steuerung des Wechselrichters 81 zu stabilisieren. Anders ausgedrückt kann der Koppelkondensator 91 dazu ausgelegt sein, eine Spannungsvariation an einem Eingang der Wechselrichterschaltung aufgrund von Welligkeitsströmen, die durch die Wechselrichterschaltung der Leistungsquelle 77 erzeugt werden, einzuschränken. Die Leistungssteuerung 75 kann eine Ansteuerungsplatte 93 zum Steuern der Wechselrichterschaltung beinhalten. Die Ansteuerungsplatte 93 kann eine Gate-Ansteuerungsplatte sein, die dazu konfiguriert ist, die Transistoren 87 der Schalteinheiten 85 des Wechselrichters 81 zu betreiben, wenn der Gleichstrom der Leistungsquelle 77 in Wechselstrom umgewandelt und der Wechselstrom an die elektrische Maschine 79 abgegeben wird.
Der Spannungswandler 83 kann einen Induktor beinhalten. Die Schaltung des Spannungswandlers (nicht gezeigt), einschließlich des Induktors, kann dazu konfiguriert sein, die Spannung der elektrischen Leistung, die von der Leistungsquelle 77 an die elektrische Maschine 79 abgegeben wird, zu verstärken oder zu erhöhen. Auf der Gleichstromseite des Wechselrichters 81 kann eine Sicherung 95 angeordnet sein, um die Wechselrichterschaltung vor Überspannungen in der elektrischen Leistung zu schützen.
Diese Offenbarung soll nicht als auf den Schaltplan aus 2 eingeschränkt ausgelegt werden, sondern soll Leistungssteuervorrichtungen beinhalten, die andere Arten von Wechselrichtern, Kondensatoren, Wandlern oder Kombinationen davon beinhalten. Zum Beispiel kann der Wechselrichter 81 ein Wechselrichter sein, der eine beliebige Anzahl von Schalteinheiten beinhaltet, wobei die Leistungssteuerung 75 eine Gleichrichterschaltung beinhalten kann, die den Wechselstrom der elektrischen Maschine 79 in Gleichstrom umwandelt, um die Leistungsquelle 77 (z. B. den Generator 50, der die Batterie 12 während des regenerativen Bremsens wiederauflädt) wiederaufzuladen, und/oder der Koppelkondensator 91 kann dazu konfiguriert sein, einen oder eine Vielzahl von Wechselrichtern an eine Leistungsquelle zu koppeln.
Eine aktuelle Induktorkühlstrategie für Hybridfahrzeuge beinhaltet das Spritzen von Getriebefluid auf den Induktor über die internen Zahnräder innerhalb des Getriebes. Gelegentlich kann diese Strategie jedoch unter Umständen keine ausreichende Kühlung bereitstellen. Diese Strategie macht die Kühlfähigkeit weitgehend von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig, wodurch der Induktor bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit effektiv gekühlt wird, da die Zahnräder innerhalb des Getriebes das Getriebefluid bei einer hohen Drehzahl verspritzen. Bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten jedoch, wenn die Zahnräder innerhalb des Getriebes das Getriebefluid mit einer niedrigen Drehzahl verspritzen, kann das Getriebefluid den Induktor unter Umständen nicht erreichen oder kann eine reduzierte Menge an Getriebefluid den Induktor erreichen, was zu einer Reduzierung der Kühlung des Induktors führt.
Hybridfahrzeuge können bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten unter Bedingungen arbeiten, die einen hohen Induktorstrom erfordern, wie etwa Geländefahren, Schleppbetrieb oder Zuführen von Energie zu Hochleistungshilfsausrüstung (z. B. autonome Fahrzeuge mit Klimaanlage). Unter derartigen Bedingungen kann die aktuelle Kühlstrategie aufgrund der reduzierten Kühlung bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten unzureichend sein. Bedingungen mit hohem Strom für lange Zeiträume können eine hohe thermische Belastung für den Induktor darstellen. Ohne ausreichende Kühlung kann der Induktor unter diesen Bedingungen seine Betriebstemperaturgrenze erreichen. Folglich kann die Steuerstrategie des Hybridfahrzeugs die Fahrzeugleistungsausgabe reduzieren, um eine Beschädigung des Induktors zu verhindern. Diese Reduzierung der Leistungsabgabe kann die Leistungsfähigkeit des Hybridfahrzeugs erheblich reduzieren. Eine Lösung für ein solches Problem kann das Sprühen von druckbeaufschlagtem Getriebefluid aus einer Düse auf gezielte kritische Kühlflächen des Induktors beinhalten. Die Verwendung von druckbeaufschlagtem Getriebefluid bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten kann vorteilhaft sein, da Lager innerhalb des Getriebes bei niedrigeren Geschwindigkeiten weniger Bedarf an Getriebefluidschmierung haben können.
Unter Bezugnahme auf die 3-5 ist ein Induktor 101 für den Spannungswandler 83 veranschaulicht. In 3 ist der Induktor 101 als in einem Gehäuse 103 eines Getriebes angeordnet veranschaulicht, bei dem es sich um das Getriebe 14 handeln kann. In alternativen Ausführungsformen kann das Hybridelektrofahrzeug 10 ein Stufengetriebe beinhalten und der Induktor 101 kann innerhalb des Gehäuses des Stufengetriebes angeordnet sein. Eine äußere Platte des Gehäuses 103 wurde in 3 zu Veranschaulichungszwecken entfernt. Der Induktor 101 beinhaltet einen Kern 105, der aus Eisen hergestellt sein kann. Der Kern 105 kann auch magnetisiert sein. Der Induktor 101 beinhaltet zudem eine Spule oder Spulenwicklung 107, die um den Kern 105 angeordnet ist. Eine oder mehrere Spulenstrukturen 109 können zwischen Abschnitten der Spulenwicklung 107 und dem Kern 105 angeordnet sein.
Der Induktor 101 beinhaltet eine Endkappe oder Ummantelung 111, die über einem ersten Ende 113 des Induktors 101 angeordnet ist. Die Endkappe oder Ummantelung kann Teil der Spulenstrukturen 109 des Induktors 101 sein. Das erste Ende 113 des Induktors 101 kann ein oberes Ende des Induktors 101 sein. Die Ummantelung 111 definiert einen Kanal 115, der in Fluidverbindung mit einer Pumpe 117 steht. Der Kanal 115 kann alternativ durch eine sekundäre Komponente 116 definiert oder teilweise definiert sein, die an der Ummantelung befestigt ist. Die Pumpe 117 ist dazu konfiguriert, an den Induktor 101 über den Kanal 115 Fluid abzugeben, um den Induktor 101 zu kühlen. Insbesondere kann die Pumpe 117 eine Getriebepumpe sein, die dazu konfiguriert ist, an den Induktor 101 Getriebefluid abzugeben, um den Induktor zu kühlen. Die Getriebepumpe kann auch eine Unterkomponente eines Getriebes (z. B. des Getriebes 14 oder eines Stufengetriebes) sein, die dazu konfiguriert ist, Getriebefluid abzugeben, um Kupplungen und/oder Bremsen innerhalb des Getriebes zu betätigen, um Teile (z. B. Zahnräder, Wellen, Lager usw.) innerhalb des Getriebes zu schmieren, und/oder Getriebefluid abzugeben, um die Wicklung einer elektrischen Maschine (z. B. des Elektromotors 46 oder des Generators 50) zu kühlen. Die Ummantelung 111 kann ein oder mehrere äußere Enden oder überragende Abschnitte 119 beinhalten, welche die Spulenwicklung 107 überragen.
Die Ummantelung 111 definiert mindestens eine Düse 121, die in Fluidverbindung mit dem Kanal 115 steht und dazu konfiguriert ist, Fluid aus dem Kanal 115 auf die Spulenwicklung 107 zum Zwecke des Kühlens der Spulenwicklung 107 zu leiten. Die mindestens eine Düse 121 kann entlang eines oder mehrerer der überragenden Abschnitte 119 der Ummantelung 111 definiert sein. Die mindestens eine Düse 121 kann auch dazu konfiguriert sein, das Fluid aus dem Kanal 115 von einem oder mehreren der überragenden Abschnitte 119 nach unten auf die Spulenwicklung 107 zu leiten. Die Ummantelung 111 kann insbesondere erste und zweite Düsen 121 beinhalten, die auf gegenüberliegenden Seiten der Ummantelung 111 definiert sind, die dazu konfiguriert sind, Fluid auf gegenüberliegende Seiten der Spulenwicklung 107 zu leiten. Die ersten und zweiten Düsen 121 können verengte Lücken sein, die sich zwischen Außenflächen der Spulenwicklung 107 und den überragenden Abschnitten 119 der Ummantelung 111 befinden. Alternativ können die Düsen 121 kleine Öffnungen oder feine Bohrungen sein, die innerhalb des äußeren Gehäuses oder der äußeren Einhausung der Ummantelung 111 definiert sind.
Die Ummantelung 111 kann auch einen Fluidbehälter 123 definieren, der in Fluidverbindung mit dem Kanal 115 und der mindestens einen Düse 121 steht. Der Fluidbehälter 123 stellt eine Fluidverbindung zwischen dem Kanal 115 und der mindestens einen Düse 121 her. Der Fluidbehälter 123 ist dazu konfiguriert, Fluid innerhalb der Ummantelung 111 zu speichern. Der Fluidbehälter 123 oder beliebige Kanäle, die innerhalb des oder durch den Fluidbehälter 123 gebildet sein können, können benachbart zu dem Kern 105 sein, sodass ein Fluid, das durch den Fluidbehälter 123 oder beliebige Kanäle fließt, die innerhalb des oder durch den Fluidbehälter 123 gebildet sein können, ebenfalls den Kern 105 kühlen kann. Die Verengung, die zwischen dem Fluidbehälter 123 und einem beliebigen Auslass der Ummantelung auftritt, ob es sich um feine Bohrungen handelt oder einfach um einen offenen Raum zwischen den überragenden Abschnitten 119 der Ummantelung 111 und Außenflächen der Spulenwicklung 107, welche die Düsen 121 bilden, erzeugt einen Düseneffekt, der die Geschwindigkeit des Fluids erhöht, das aus den Düsen 121 und auf die Spulenwicklung 107 ausgestoßen wird, was wiederum die Kühlung der Spulenwicklung 107 erhöht. Ein Rückschlagventil 125 ist innerhalb des Kanals 115 zwischen der Pumpe 117 und der mindestens einen Düse 121 angeordnet. Das Rückschlagventil 125 ist dazu konfiguriert, zu verhindern, dass Fluid aus dem Behälter 123 durch den Kanal 115 und in Richtung der Pumpe 117 zurückfließt.
Wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 zunimmt, können ein oder mehrere Zahnräder 127 innerhalb des Getriebegehäuses 103 damit beginnen, Getriebefluid auf den Induktor 101 oder genauer auf die Spulenwicklung 107 des Induktors 101 zu spritzen. Ein derartiges Spritzen kann beginnen, die Kühlungsnotwendigkeit des druckbeaufschlagten Fluids, das über die mindestens eine Düse 121 auf den Induktor 101 gesprüht wird, zu ersetzen. Darüber hinaus kann ein derartiges Spritzen beginnen, die eine oder mehreren der Düsen 121 der mindestens einen Düse 121 zu überfordern und Getriebefluid aus dem Gehäuse 103 in den Fluidbehälter 123 der Ummantelung über die Düsen 121, die überfordert werden, zu drängen. Wenn nur ein Abschnitt der Düsen 121 durch das Spritzen überfordert wird, können die Düsen 121, die nicht überfordert werden, weiterhin Fluid auf die Spulenwicklung 107 fördern, um die Spulenwicklung 107 zu kühlen, während die Düsen 121, die überfordert werden, weiterhin Fluid aus dem Gehäuse 103 aufnehmen und dieses Fluid in dem Behälter 123 speichern können. Der Behälter 123 kann dann dieses Fluid zu den Düsen 121 umleiten, die noch immer dazu verwendet werden, die Spulenwicklung 107 zu kühlen, oder kann dieses Fluid zu einem Fluidkanal (nicht gezeigt) umleiten, der dazu konfiguriert ist, das Fluid an ein anderes Fahrzeugsystem oder eine andere Fahrzeugkomponente abzugeben. Ein anderes Fahrzeugsystem oder eine andere Fahrzeugkomponente kann eine Kupplung oder einen Schmierpunkt innerhalb eines Getriebes (z. B. des Getriebes 14 oder eines Stufengetriebes) beinhalten oder kann die Wicklung einer elektrischen Maschine (z. B. des Elektromotors 46 oder des Generators 50) beinhalten, die eine Kühlung erfordern kann. Ein Rückschlagventil (nicht gezeigt) kann innerhalb eines derartigen Fluidkanals angeordnet sein, um zu verhindern, dass Fluid aus dem Behälter 123 und zu einem anderen Fahrzeugsystem oder einer anderen Fahrzeugkomponente strömt, solange der Fluiddruck innerhalb des Behälters unter einem Schwellenwert liegt, um sicherzustellen, dass die Düsen 121, die noch immer zum Kühlen der Spulenwicklung 107 verwendet werden, eine ausreichende Fluidzufuhr zum Kühlen der Spulenwicklung 107 aufweisen.
Ein wesentlicher Vorteil des Ersetzens des druckbeaufschlagten Sprühstrahls aus den Düsen 121 durch das Verspritzen von Getriebefluid beinhaltet das Einsparen von Energie durch Reduzieren der Menge an Getriebefluid, die durch das Getriebesystem gepumpt werden muss. Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Getriebefluidstromsteuerung in den Düsen 121 zu kontrollieren. Die Düsen 121 können so ausgerichtet sein, dass sie genug spritzendes Getriebefluid auffangen, um ausreichend Druck in den Düsen 121 und/oder in dem Behälter 123 zu erzeugen, um zu verhindern, dass Fluid von der Pumpe 117 zu den spezifischen Düsen 121 und/oder dem Behälter 123 strömt. Alternativ kann ein mechanisch oder elektromagnetisch betätigtes Ventil den Getriebefluidstrom von der aktivierten Pumpe 117 zu den Düsen 121 steuern. Ein Deaktivieren der Pumpe 117, die den druckbeaufschlagten Getriebefluidstrom steuert, stoppt ebenfalls den Strom zu den Düsen 121.
Über bestimmten hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten kann das spritzende Getriebefluid den Induktor 101 überfordern, wodurch er effektiv vollständig gekühlt wird. Somit kann unter derartigen Bedingungen ein Sprühstrahl von druckbeaufschlagtem Getriebefluid über die Düsen 121 zum Kühlen des Induktors 101 unter Umständen nicht erforderlich sein. Darüber hinaus kann das Getriebefluid unter solchen Bedingungen durch die Düsen 121 aufgefangen und über einen Fluidkanal, der ein Rückschlagventil (wie vorstehend beschrieben) beinhalten kann, für andere Verwendungen umgeleitet werden, wie etwa Betätigen einer Kupplung in dem Getriebe, Schmieren von Lagern, oder Kühlen der Wicklungen einer elektrischen Maschine (z. B. des Elektromotors 46 oder des Generators 50). Der Behälter 123 weist ein Innenvolumen auf, das der mindestens einen Düse 121 weiterhin Fluid zum Kühlen des Induktors 101 für einen bestimmten Zeitraum zuführt, nachdem die Fahrzeuggeschwindigkeit so weit zurückgegangen ist, dass das Spritzen den Induktor 101 nicht mehr erreicht, oder nachdem die Pumpe 117 kein Fluid mehr abgibt. Es ist anzumerken, dass, obwohl die 3-5 die Düsen 121 entlang zweier Seiten des überragenden Abschnitts 119 der Ummantelung 111 darstellen, die Düsen 121 entlang aller Seiten der Ummantelung 111 oder insbesondere entlang einer gesamten Umfangsgrenze des überragenden Abschnitts 119 der Ummantelung 111 ausgebildet sein können.
Bei den in der Beschreibung verwendeten Ausdrücken handelt es sich eher um beschreibende als um einschränkende Ausdrücke und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie vorstehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die unter Umständen nicht explizit beschrieben oder dargestellt sind. Verschiedene Ausführungsformen sind in Bezug auf andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften zwar als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben, doch erkennt der Durchschnittsfachmann, dass bei einem oder mehreren Merkmalen oder einer oder mehreren Eigenschaften Kompromisse eingegangen werden können, um gewünschte Gesamtattribute des Systems zu erreichen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängen. Demnach liegen Ausführungsformen, die hinsichtlich einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben worden sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine elektrische Maschine, die dazu konfiguriert ist, das Fahrzeug anzutreiben; eine Batterie, die dazu konfiguriert ist, Leistung an die elektrische Maschine abzugeben; eine elektrische Schaltung, die dazu konfiguriert ist, Gleichstromleistung von der Batterie in Wechselstromleistung umzuwandeln und die Wechselstromleistung an die elektrische Maschine abzugeben; und einen Aufwärtswandler, der einen Induktor aufweist und dazu konfiguriert ist, die Batteriespannung, die in die elektrische Schaltung eingegeben wird, zu erhöhen, wobei der Induktor einen Kern, eine Spule und eine Ummantelung umfasst, die über einem ersten Ende des Induktors angeordnet ist, wobei die Ummantelung einen Kanal definiert, der in Fluidverbindung mit einer Getriebepumpe steht, und wobei die Ummantelung mindestens eine Düse definiert, die in Fluidverbindung mit dem Kanal steht und dazu konfiguriert ist, Getriebefluid auf die Spule zu leiten, und ein Rückschlagventil, das innerhalb des Kanals zwischen der Getriebepumpe und der mindestens einen Düse angeordnet ist, wobei das Rückschlagventil dazu konfiguriert ist, zu verhindern, dass Getriebefluid durch den Kanal in Richtung der Getriebepumpe zurückfließt.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Ummantelung ein äußeres Ende auf, das die mindestens eine Düse definiert und die Spule überragt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die mindestens eine Düse dazu ausgerichtet, Getriebefluid von dem äußeren Ende der Ummantelung nach unten und auf die Spule zu leiten.
Gemäß einer Ausführungsform definiert die Ummantelung einen Behälter, der dazu konfiguriert ist, Getriebefluid zu speichern.
Gemäß einer Ausführungsform stellt der Behälter eine Fluidverbindung zwischen dem Kanal und der mindestens einen Düse her.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die mindestens eine Düse erste und zweite Düsen.
Gemäß einer Ausführungsform sind die ersten und zweiten Düsen auf gegenüberliegenden Seiten der Spule angeordnet und sind dazu konfiguriert, Getriebefluid jeweils auf gegenüberliegende Seiten der Spule zu leiten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Induktor für einen Aufwärtswandler in einem Hybridfahrzeug bereitgestellt, der Folgendes aufweist: einen Kern; eine Spulenwicklung, die um den Kern angeordnet ist; und eine Endkappe, die über einem ersten Ende des Induktors angeordnet ist, wobei diese die Spulenwicklung überragt, einen Kanal definiert, der dazu konfiguriert ist, Fluid von einer Pumpe aufzunehmen, mindestens eine Düse definiert, die dazu konfiguriert ist, Fluid von einem überragenden Abschnitt der Endkappe und auf die Spule zu leiten, und einen Fluidbehälter definiert, der in Fluidverbindung mit dem Kanal und der mindestens einen Düse steht.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch ein Rückschlagventil, das innerhalb des Kanals zwischen der Pumpe und der mindestens einen Düse angeordnet ist, wobei das Rückschlagventil dazu konfiguriert ist, zu verhindern, dass Fluid durch den Kanal in Richtung der Pumpe zurückfließt.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die mindestens eine Düse erste und zweite Düsen.
Gemäß einer Ausführungsform sind die ersten und zweiten Düsen auf gegenüberliegenden Seiten der Spule angeordnet und sind dazu konfiguriert, Getriebefluid jeweils auf gegenüberliegende Seiten der Spule zu leiten.
Gemäß einer Ausführungsform ist die mindestens eine Düse dazu ausgerichtet, Fluid von dem überragenden Abschnitt der Endkappe und auf die Spule zu leiten.
Gemäß einer Ausführungsform stellt der Behälter eine Fluidverbindung zwischen dem Kanal und der mindestens einen Düse her.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Induktor für einen Aufwärtswandler in einem Hybridfahrzeug bereitgestellt, der Folgendes aufweist: einen Kern; eine Spulenwicklung, die um den Kern angeordnet ist; und eine Ummantelung, die über einem oberen Ende des Induktors angeordnet ist, wobei die Ummantelung einen Kanal definiert, der dazu konfiguriert ist, Fluid von einer Pumpe aufzunehmen und ein äußeres Ende aufweist, das die Spulenwicklung überragt, wobei das äußere Ende mindestens eine Düse definiert, die dazu konfiguriert ist, Fluid aus dem Kanal und nach unten auf die Spule zu leiten.
Gemäß einer Ausführungsform definiert die Ummantelung einen Behälter, der dazu konfiguriert ist, Getriebefluid zu speichern.
Gemäß einer Ausführungsform stellt der Behälter eine Fluidverbindung zwischen dem Kanal und der mindestens einen Düse her.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch ein Rückschlagventil, das innerhalb des Kanals zwischen der Pumpe und der mindestens einen Düse angeordnet ist, wobei das Rückschlagventil dazu konfiguriert ist, zu verhindern, dass Fluid durch den Kanal in Richtung der Pumpe zurückfließt.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die mindestens eine Düse erste und zweite Düsen.
Gemäß einer Ausführungsform sind die ersten und zweiten Düsen auf gegenüberliegenden Seiten der Spule angeordnet und sind dazu konfiguriert, Getriebefluid jeweils auf gegenüberliegende Seiten der Spule zu leiten.

Claims

Fahrzeug, Folgendes umfassend: eine elektrische Maschine, die dazu konfiguriert ist, das Fahrzeug anzutreiben; eine Batterie, die dazu konfiguriert ist, Leistung an die elektrische Maschine abzugeben; eine elektrische Schaltung, die dazu konfiguriert ist, Gleichstromleistung von der Batterie in Wechselstromleistung umzuwandeln und die Wechselstromleistung an die elektrische Maschine abzugeben; und einen Aufwärtswandler, der einen Induktor aufweist und dazu konfiguriert ist, die Batteriespannung, die in die elektrische Schaltung eingegeben wird, zu erhöhen, wobei der Induktor Folgendes umfasst: einen Kern, eine Spule, eine Ummantelung, die über einem ersten Ende des Induktors angeordnet ist, wobei die Ummantelung einen Kanal definiert, der in Fluidverbindung mit einer Getriebepumpe steht, und wobei die Ummantelung mindestens eine Düse definiert, die in Fluidverbindung mit dem Kanal steht und dazu konfiguriert ist, Getriebefluid auf die Spule zu leiten, und ein Rückschlagventil, das innerhalb des Kanals zwischen der Getriebepumpe und der mindestens einen Düse angeordnet ist, wobei das Rückschlagventil dazu konfiguriert ist, zu verhindern, dass Getriebefluid durch den Kanal in Richtung der Getriebepumpe zurückfließt.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Ummantelung ein äußeres Ende aufweist, das die mindestens eine Düse definiert und die Spule überragt.
Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei die mindestens eine Düse dazu ausgerichtet ist, Getriebefluid von dem äußeren Ende der Ummantelung nach unten und auf die Spule zu leiten.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Ummantelung einen Behälter definiert, der dazu konfiguriert ist, Getriebefluid zu speichern.
Fahrzeug nach Anspruch 4, wobei der Behälter eine Fluidverbindung zwischen dem Kanal und der mindestens einen Düse herstellt.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Düse erste und zweite Düsen beinhaltet.
Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei die ersten und zweiten Düsen auf gegenüberliegenden Seiten der Spule angeordnet sind und dazu konfiguriert sind, Getriebefluid jeweils auf gegenüberliegende Seiten der Spule zu leiten.
Induktor für einen Aufwärtswandler in einem Hybridfahrzeug, umfassend: einen Kern; eine Spulenwicklung, die um den Kern angeordnet ist; und eine Endkappe, die über einem ersten Ende des Induktors angeordnet ist, wobei diese die Spulenwicklung überragt, einen Kanal definiert, der dazu konfiguriert ist, Fluid von einer Pumpe aufzunehmen, mindestens eine Düse definiert, die dazu konfiguriert ist, Fluid von einem überragenden Abschnitt der Endkappe und auf die Spule zu leiten, und einen Fluidbehälter definiert, der in Fluidverbindung mit dem Kanal und der mindestens einen Düse steht.
Induktor nach Anspruch 8, ferner umfassend ein Rückschlagventil, das innerhalb des Kanals zwischen der Pumpe und der mindestens einen Düse angeordnet ist, wobei das Rückschlagventil dazu konfiguriert ist, zu verhindern, dass Fluid durch den Kanal in Richtung der Pumpe zurückfließt.
Induktor nach Anspruch 8, wobei die mindestens eine Düse erste und zweite Düsen beinhaltet, und wobei die ersten und zweiten Düsen auf gegenüberliegenden Seiten der Spule angeordnet sind und dazu konfiguriert sind, Getriebefluid jeweils auf gegenüberliegende Seiten der Spule zu leiten.
Induktor nach Anspruch 8, wobei die mindestens eine Düse dazu ausgerichtet ist, Fluid von dem überragenden Abschnitt der Endkappe und auf die Spule zu leiten.
Induktor nach Anspruch 8, wobei der Behälter eine Fluidverbindung zwischen dem Kanal und der mindestens einen Düse herstellt.
Induktor für einen Aufwärtswandler in einem Hybridfahrzeug, umfassend: einen Kern; eine Spulenwicklung, die um den Kern angeordnet ist; und eine Ummantelung, die über einem oberen Ende des Induktors angeordnet ist, wobei die Ummantelung einen Kanal definiert, der dazu konfiguriert ist, Fluid von einer Pumpe aufzunehmen und ein äußeres Ende aufweist, das die Spulenwicklung überragt, wobei das äußere Ende mindestens eine Düse definiert, die dazu konfiguriert ist, Fluid aus dem Kanal und nach unten auf die Spule zu leiten.
Induktor nach Anspruch 13, wobei die Ummantelung einen Behälter definiert, der dazu konfiguriert ist, Getriebefluid zu speichern, und wobei der Behälter eine Fluidverbindung zwischen dem Kanal und der mindestens einen Düse herstellt.
Induktor nach Anspruch 13, ferner umfassend ein Rückschlagventil, das innerhalb des Kanals zwischen der Pumpe und der mindestens einen Düse angeordnet ist, wobei das Rückschlagventil dazu konfiguriert ist, zu verhindern, dass Fluid durch den Kanal in Richtung der Pumpe zurückfließt.