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QUERVERWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN
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Nicht zutreffend.
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ANGABE ÜBER STAATLICH GEFÖRDERTE FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG
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Nicht zutreffend.
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GEBIET DER OFFENBARUNG
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Diese Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf elektrische Antriebe für Arbeitsfahrzeuge, insbesondere auf die Kühlung verschiedener Komponenten solcher Antriebe.
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HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
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Arbeitsfahrzeuge, wie sie beispielsweise im Baugewerbe, Land- und Forstwirtschaft, Bergbau und anderen Branchen verwendet werden, können eine oder mehrere Antriebsbaugruppen zum Antreiben verschiedener Teilsysteme des Arbeitsfahrzeugs aufweisen. Solche Antriebsbaugruppen können hydraulische oder elektrische Leistungskomponenten und/oder mechanische Leistung von einem Motor des Arbeitsfahrzeugs enthalten und wiederum hydraulische, elektrische und/oder mechanische Leistung an verschiedene Onboard- und Offboard-Komponenten ausgeben. Als ein Beispiel kann die Antriebsbaugruppe eine elektrische Maschine und ein Getriebe aufweisen, die mechanische Leistung an einen Pumpenantrieb zum Antreiben verschiedener hydraulischer Komponenten des Arbeitsfahrzeugs bereitstellen. Die Antriebsbaugruppe kann die elektrische Maschine als Motor betreiben, um mechanische Drehleistung auszugeben, die eine oder mehrere Pumpen antreibt. In einigen Fällen kann die Antriebsbaugruppe die elektrische Maschine zusätzlich oder alternativ als Generator betreiben, um elektrische Leistung für eine beliebige Anzahl von elektrischen Komponenten des Arbeitsfahrzeugs, einschließlich anderer elektrischer Antriebe, wie sie verwendet werden können, um Zugkraft an das Arbeitsfahrzeug bereitzustellen, auszugeben.
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ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
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Die Offenbarung stellt eine Antriebsbaugruppe für ein Arbeitsfahrzeug mit verbesserter Kühlung bereit.
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In einem Aspekt stellt die Offenbarung eine Antriebsbaugruppe für ein Arbeitsfahrzeug mit einer Getriebebaugruppe und einer elektrischen Maschine bereit. Die Getriebebaugruppe weist einen Zahnradsatz auf, der zumindest teilweise in einem Getriebegehäuse enthalten ist, und eine Steuerblende, die mit einem Getriebeabschnitt eines Kühlkreislaufs für die Antriebsbaugruppe in Verbindung steht, wobei sich der Getriebeabschnitt des Kühlkreislaufs zumindest teilweise innerhalb des Getriebegehäuses befindet. Die elektrische Maschine weist einen fest mit dem Getriebegehäuse gekoppelten Mantel auf, wobei der Mantel eine Kühlmitteleinlassöffnung aufweist und einen elektrischen Maschinenabschnitt des Kühlkreislaufs für die Antriebsbaugruppe definiert, der sich zumindest teilweise innerhalb des Mantels befindet. Über die Steuerblende wird ein gesteuerter Kühlmittelstrom von dem elektrischen Maschinenabschnitt des Kühlkreislaufs auf den Getriebeabschnitt des Kühlkreislaufs übertragen.
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In einem weiteren Aspekt stellt die Offenbarung ein Arbeitsfahrzeug bereit, das einen Motor und eine Motorwelle aufweist, einschließlich einer Antriebsbaugruppe, die ein Antriebsbaugruppengehäuse, eine Getriebebaugruppe und eine elektrische Maschine aufweist. Das Antriebsbaugruppengehäuse dient zum Montieren der Antriebsbaugruppe und zum Zurückhalten eines Volumens an Kühlmittel innerhalb der Antriebsbaugruppe, das Antriebsbaugruppengehäuse beinhaltet ein Getriebegehäuse und einen Mantel, der mit dem Getriebegehäuse gekoppelt ist, um fest daran montiert zu werden. Die Getriebebaugruppe weist einen Zahnradsatz auf, der zumindest teilweise in einem Getriebegehäuse enthalten ist, und eine Steuerblende, die mit einem Getriebeabschnitt eines Kühlkreislaufs für die Antriebsbaugruppe in Verbindung steht, wobei sich der Getriebeabschnitt des Kühlkreislaufs zumindest teilweise innerhalb des Getriebegehäuses befindet. Die elektrische Maschine ist zumindest teilweise innerhalb des Mantels enthalten, wobei der Mantel eine Kühlmitteleinlassöffnung aufweist und einen elektrischen Maschinenabschnitt des Kühlkreislaufs für die Antriebsbaugruppe definiert, der sich zumindest teilweise innerhalb des Mantels befindet. Über die Steuerblende wird ein gesteuerter Kühlmittelstrom von dem elektrischen Maschinenabschnitt des Kühlkreislaufs auf den Getriebeabschnitt des Kühlkreislaufs übertragen.
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Die Details einer oder mehrerer Ausführungsformen werden in den beigefügten Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. Andere Eigenschaften und Vorteile werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen ersichtlich.
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Figurenliste
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- 1 ist eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines beispielhaften Arbeitsfahrzeugs in Form eines Radladers, bei dem eine Antriebsbaugruppe gemäß dieser Offenbarung verwendet werden kann;
- 2 ist eine isometrische Ansicht einer beispielhaften Antriebsbaugruppe mit einem Pumpenantrieb (vereinfacht dargestellt) für das beispielhafte Arbeitsfahrzeug von 1;
- 3 ist eine Querschnittsansicht einer beispielhaften elektrischen Maschine und Getriebebaugruppe der beispielhaften Antriebsbaugruppe, die in der Ebene 3-3 von 2 genommen wurde;
- 4 ist eine Querschnittsansicht davon, die in der Ebene 4-4 von 3 genommen wurde;
- 5 ist eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Mantels der beispielhaften elektrischen Maschine von 3;
- 6 ist eine vergrößerte Detailansicht, die im Bereich 6-6 von 4 genommen wurde und eine Kühlmittelzuführleitung beinhaltet;
- 7 ist eine vergrößerte Detailansicht, die im Bereich 7-7 von 3 genommen wurde;
- Die 8 und 9 sind vordere und hintere isometrische Ansichten der beispielhaften Getriebebaugruppe der beispielhaften Antriebsbaugruppe von 2, wobei bestimmte Komponenten aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen wurden;
- 10A eine Seitenansicht der beispielhaften Getriebebaugruppe der 8 und 9, wobei bestimmte Komponenten weggelassen wurden;
- 10B ist eine hintere Aufrissansicht davon, wobei bestimmte Komponenten ausgelassen sind und bestimmte Merkmale in gestrichelten Linien gezeigt sind;
- 10C ist eine vordere Querschnittsansicht davon, die in der Ebene 10C-10C von 10A genommen wurde;
- 10D ist eine Querschnittsansicht davon, die in der Ebene 10D-10D von 10C genommen wurde, wobei bestimmte Merkmale in gestrichelten Linien gezeigt sind;
- 11 ist eine Teilquerschnittsansicht der beispielhaften Antriebsbaugruppe, die in der Ebene 11-11 von 2 genommen wurde und einen Abflussbereich und Auslass aus der Getriebebaugruppe zeigt; und
- 12 ist eine Querschnittsansicht der beispielhaften Getriebebaugruppe, die in der Ebene 12-12 von 9 mit einem teilgeschnitten dargestellten Tellerrad genommen wurde.
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Gleiche Bezugssymbole in den unterschiedlichen Zeichnungen bezeichnen gleiche Elemente.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Nachfolgend werden eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen der offenbarten elektrischen Antriebsbaugruppe für ein Arbeitsfahrzeug beschrieben, wie in den begleitenden Figuren der vorstehend kurz beschriebenen Zeichnungen dargestellt. Verschiedene Abwandlungen der beispielhaften Ausführungsformen können von Fachleuten auf dem Gebiet in Betracht gezogen werden.
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Wie hierin verwendet, bezeichnen Listen mit Elementen, die durch konjunktive Ausdrücke (z. B. „und“) getrennt sind und denen auch der Ausdruck „eines oder mehrere von“ oder „mindestens eines von“ vorangestellt ist, Konfigurationen oder Anordnungen, die möglicherweise einzelne Elemente der Liste oder eine Kombination davon beinhalten. Zum Beispiel bezeichnet „mindestens eines von A, B und C“ oder „eines oder mehrere von A, B und C“ die Möglichkeiten von nur A, nur B, nur C oder einer beliebigen Kombination von zwei oder mehr von A, B und C (z. B. A und B; B und C; A und C; oder A, B und C).
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Außerdem können in der Detaillierung der Offenbarung Richtungs- und Ausrichtungsbegriffe, wie etwa „stromabwärts“, „stromaufwärts“, „längs“, „radial“, „axial“, „umlaufend“, „seitlich“ und „quer“, verwendet werden. Derartige Begriffe werden zumindest teilweise in Bezug auf eine elektrische Maschine, einen Kanal oder Kreislauf für Fluidströmung, einen Rotor, eine rotierende Welle und/oder einen Stator definiert. Wie hier verwendet, gibt der Begriff „längs“ eine Ausrichtung entlang der Länge der Vorrichtung an; der Begriff „seitlich“ gibt eine Ausrichtung entlang einer Breite der Vorrichtung und orthogonal zur Längsausrichtung an; und der Begriff „quer“ gibt eine Ausrichtung entlang der Höhe der Vorrichtung und orthogonal zur Längs- und Seitenausrichtung an. Diese Ausrichtungen können in Bezug auf ein Arbeitsfahrzeug oder eine Fahrtrichtung des Arbeitsfahrzeugs erfolgen, an dem die Komponenten befestigt werden.
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ÜBERSICHT
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Arbeitsfahrzeuge, wie etwa Baufahrzeuge, können elektrische Antriebsbaugruppen verwenden, die elektrische Maschinen beinhalten, die mit Getrieben in einer Vielzahl von Anwendungen an Bord des Arbeitsfahrzeugs und/oder in Verbindung mit angebrachten Arbeitsanbaugeräten gekoppelt sind. Beispielsweise können solche Antriebsbaugruppen Zugkraft für die Räder bereitstellen, die an die Räder gesendete Motorleistung ergänzen, mechanische Leistung über einen Pumpenantrieb an bordeigene Komponenten übertragen und/oder als Generator zum Umwandeln mechanischer Energie (z. B. vom Motor) in elektrische Energie verwendet werden. Diese verschiedenen Antriebsbaugruppenfunktionen können während des Betriebs erhebliche Wärme erzeugen. Um die erforderliche Kühlung zu erreichen, können eine elektrische Maschine und eine Getriebebaugruppe jeweils ausgelegt sein, um Wärme über eine Leitung (z. B. ein Gehäuse der elektrischen Maschine in Kontakt mit Statorspulen), eine Konvektion (z. B. Luft, die durch Spalten in Komponenten strömt, wobei Kühlmittel entlang der Komponenten geleitet wird) oder Kombinationen davon abzuführen. Die elektrische Maschine kann einer von verschiedenen Elektromotoren (z. B. Wechselstrommotoren (AC) und Gleichstrommotoren (DC), Generatoren und dergleichen sein, und die Getriebebaugruppe stellt einen oder mehrere Zahnradsätze bereit, die konfiguriert sind, um eine gewünschte Drehzahl und ein gewünschtes Drehmoment von einer Drehausgabe der elektrischen Maschine bereitzustellen.
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Im Allgemeinen stellt diese Offenbarung eine Antriebsbaugruppe zur Verwendung in einem Arbeitsfahrzeug bereit, die einen einzelnen kombinierten Kühlkreislauf zum Kühlen mehrerer diskreter Funktionskomponenten aufweist. Die diskreten Komponenten werden in Reihe von einem Quelltank mit Kühlmittel (z. B. unter Druck stehendes Öl oder dergleichen) gekühlt, das einer einzelnen Eingangsöffnung zugeführt wird. Ein solches Kühlmittel nimmt direkt oder indirekt Wärme von verschiedenen Unterkomponenten auf (z. B. Stator oder Rotor einer elektrischen Maschine, einzelne Zahnräder eines Getriebes usw.) und fließt von den Unterkomponenten weg, um Wärme abzuführen. Anschließend kehrt das Kühlmittel zur Wiederverwendung im Kühlkreislauf nach passiver oder aktiver Kühlung des Kühlmittels in den Quelltank zurück.
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In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet die Antriebsbaugruppe eine elektrische Maschine und eine Getriebebaugruppe, die jeweils in separaten Gehäusen bereitgestellt sind. Das Gehäuse der elektrischen Maschine und das Getriebegehäuse sind direkt und starr zusammen an der passenden Schnittstelle montiert. Jedes Gehäuse definiert auch Kühlmittelkanäle des Kühlkreislaufs, die, wenn sie zusammengebaut sind, ausgerichtet sind und in Fluidverbindung stehen. Somit gelangt ein Kühlmittelstrom in einem Komponentengehäuse durch eine Schwelle an der Schnittstelle und in die zweite Komponente. Diese Übertragung erfolgt ohne Schläuche oder andere äußere Strukturen. Zusätzlich kann die Antriebsbaugruppe eine oder mehrere zusätzliche Funktionskomponenten (z. B. ein zusätzliches Getriebe und/oder Generator) beinhalten, die auch separat untergebracht sind. Diese zusätzlichen Funktionskomponenten sind strömungsmäßig an den Kühlkreislauf nachgelagert der elektrischen Maschine und des Getriebes gekoppelt und können direkt an einer oder mehreren anderen passenden Schnittstellen montiert oder unter Verwendung externer Schläuche, Armaturen und dergleichen gekoppelt sein.
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In einem Aspekt weist der Kühlkreislauf einen elektrischen Maschinenabschnitt und einen Getriebeabschnitt auf. Der elektrische Maschinenabschnitt des Kühlkreislaufs ist innerhalb des Gehäuses der elektrischen Maschine und ebenso der Getriebeabschnitt innerhalb des Getriebegehäuses geführt. Die beiden Abschnitte des Kühlkreislaufs schneiden sich an der Schnittstelle zwischen dem Gehäuse der elektrischen Maschine und dem Getriebegehäuse, und eine Steuerblende ist nahe der Schnittstelle (z. B. in dem Getriebegehäuse knapp hinter der Schnittstelle) vorgesehen, um einen Kühlmittelstrom von dem elektrischen Maschinenabschnitt zu dem Getriebeabschnitt zu messen.
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In einem weiteren Aspekt steuert die Steuerblende das Volumen und die Rate des Kühlmittelstroms über die Schwelle zwischen diskreten Komponenten (z. B. vom elektrischen Maschinenabschnitt zum Getriebeabschnitt des Kühlkreislaufs). Die Steuerblende gleicht den Kühlmittelstrom aus, um eine ausreichende Strömung für nachgeschaltete(n) Komponente(n), wie etwa die Getriebebaugruppe, bereitzustellen, ohne die nachgeschaltete(n) Komponente(n), wie etwa die elektrische Maschine, den erforderlichen Kühlmittelstroms zu entziehen. Hierzu weist die Steuerblende eine Dosieröffnung auf, die für den gewünschten Kühlmittelstrom in der/den vom Kühlkreislauf durchströmten Komponente(n) bemessen ist. Die Steuerblende kann als ein einheitliches Teil innerhalb eines Kühlmittelkanals in der Nähe der Schnittstelle ausgebildet sein (z. B. in einem Kühlmittelkanal bearbeitet, der in einer Komponente des Getriebegehäuses ausgebildet ist). Alternativ kann die Steuerblende ein separates entfernbares und austauschbares Teil sein, das selektiv in einem Kühlmittelkanal in der Nähe der Schnittstelle montiert (z. B. eingepresst oder verschraubt) ist. Die Steuerblende kann sich auf beiden Seiten der Schnittstelle befinden, also beispielsweise innerhalb des Gehäuses der elektrischen Maschine oder des Getriebegehäuses.
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Zusätzlich zu dem gesteuerten Kühlmittelstrom von einer diskreten Komponente zur anderen kann die offenbarte Antriebsbaugruppe in bestimmten Ausführungsformen eine kombinierte Kühlung für Unterkomponenten innerhalb einer der diskreten Komponenten bereitstellen. In einem Beispiel ist die elektrische Maschine ein Permanentmagnet-Elektromotor mit einem Mantel, der eine Antriebsbaugruppe enthält, die einen Stator und Rotor beinhaltet, die durch einen Statorzuführkreis und einen Rotorzuführkreis getrennt gekühlt werden. Eine Einlassblende ist in der Nähe einer Eingangsöffnung des Kühlkreises positioniert, um einen Kühlmittelstrom in den Statorzuführkreis zu dosieren, ähnlich wie die Steuerblende der Getriebebaugruppe. Der Mantel definiert Kühlmittelkanäle, die den Kühlmittelstrom teilen und in Richtung der Stator- und Rotorzuführkreise leiten. Der Rotorzuführkreis erstreckt sich von dem Mantel radial nach innen zu dem Rotor und anschließend durch axiale und radiale Kanäle, die in dem Rotor ausgebildet sind, um eine Rotorwelle, einen Permanentmagneten und andere Komponenten leitend zu kühlen. Der Statorzuführkreis weist einen oder mehrere gewundene Kanäle auf, die in einem Innenumfang des Mantels definiert sind, um Kühlmittel entlang eines Außenumfangs der Wicklungen des Stators zu leiten. Der Statorzuführkreis kommuniziert mit einem Sprühring, der Kühlmittel auf Endwindungen der Wicklungen des Stators sprüht.
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Ferner stellt die offenbarte Antriebsbaugruppe in bestimmten Ausführungsformen eine Getriebebaugruppe bereit, die eine Untersetzung zur und von der elektrischen Maschine bereitstellt. Die Getriebebaugruppe kann ein Planetenradsatz mit einem festen Übersetzungsverhältnis oder mehreren Übersetzungsverhältnissen sein (z. B. mehreren Übersetzungsverhältnissen, die durch einen Kupplungsmechanismus bewirkt werden). Eine Komponente der Getriebebaugruppe stellt die Steuerblende für die Kühlmittelzufuhr in das Getriebe bereit. Die Komponente kann eine Zahnradsatzkomponente sein und kann fest sein und einen Teil des externen Gehäuses des Getriebes bilden, das fest an der elektrischen Maschine montiert ist. Die Komponente kann ein Träger für ein oder mehrere Planetenräder des Planetenradsatzes sein. Der Träger kann auch Kühlmittelkanäle zum Zuführen von Kühlmittel von der Steuerblende zum Planetenradsatz beinhalten.
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In noch einem weiteren Aspekt kann die Antriebsbaugruppe mehrere Leistungsflusspfade in mehrere Richtungen bewirken. In einem Antriebsmodus wird elektrische Leistung in der elektrischen Maschine in eine mechanische Drehung eines Rotors umgewandelt, fließt durch das Getriebe und wird als mechanische Leistung ausgegeben. Die mechanische Leistung kann auf verschiedene andere Systeme übertragen werden, wie etwa Bereitstellen von Zugkraft für Räder, um Hydraulikpumpen in einem Pumpenantrieb oder dergleichen anzutreiben. In einem Generatormodus treibt die mechanische Drehung von einer externen Quelle (z. B. ein Zahnradsatz des Pumpenantriebs, der mit einer Motorwelle eines Motors verbunden ist) den Zahnradsatz in dem Getriebe in einer entgegengesetzten Drehrichtung wie in dem Antriebsmodus an, was einem Rotor der elektrischen Maschine eine Rückwärtsdrehung verleiht, um einen elektrischen Strom zu induzieren, wodurch die mechanische Eingabe in elektrische Leistung in der elektrischen Maschine umgewandelt wird. Die elektrische Maschine ist über eine Verdrahtung an einen Motor (z. B. eines Endantriebs), eine Batterie oder ein anderes elektrisches System gekoppelt, um die umgewandelte elektrische Leistung an diesen abzugeben. Für beide Betriebsarten strömt der Kühlkreislauf in gleicher Weise und in gleicher Richtung durch die Kühlmitteleingangsöffnung, um sowohl die elektrische Maschine als auch das Getriebe effektiv zu kühlen.
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Die Offenbarung stellt ferner die Antriebsbaugruppe bereit, die mit einem Hydraulikpumpenantrieb zum operativen Verbinden der Antriebsbaugruppe mit Hydraulikkomponenten des Arbeitsfahrzeugs integriert ist. Der Pumpenantrieb kann Zahnradsätze beinhalten, die in einem Pumpengehäuse oder Verteiler untergebracht sind. Im Antriebsmodus der Antriebsbaugruppe überträgt der Pumpenantrieb die mechanische Leistung (Drehmoment), die von der Antriebsbaugruppe ausgegeben wird, um eine oder mehrere Hydraulikpumpen zu aktivieren, die verschiedene Hydraulikkomponenten des Arbeitsfahrzeugs antreiben, wie etwa den Radantrieb, die Radlenkung oder die Manipulation des Arbeitsanbaugeräts. Der Pumpenantrieb kann auch eine mechanische Verbindung zu der Antriebsbaugruppe von anderen Teilen eines Arbeitsfahrzeugs bereitstellen, wie etwa einer Welle eines Motors.
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Im Folgenden werden eine oder mehrere beispielhafte Implementierungen der offenbarten Antriebsbaugruppe beschrieben. Die hierin enthaltene Erläuterung kann sich manchmal auf die beispielhafte Anwendung eines Kühlkreislaufs für eine Antriebsbaugruppe eines Radladers konzentrieren, aber die offenbarte Antriebsbaugruppe kann auch für andere Arten von gekoppelten Komponenten und Arbeitsfahrzeugen verwendet werden, einschließlich verschiedener anderer Baumaschinen (z. B. Raupen, Motorgrader, Muldenkipper) sowie verschiedener land- oder forstwirtschaftlicher Maschinen (z. B. Mähdrescher, Erntemaschinen, Ballenpressen, Mäher, Schlepper, Forstschlepper und so weiter) und Nutzfahrzeuge. Während im Folgenden die Antriebsbaugruppe zur Montage mit einem Pumpenantrieb beschrieben wird, sind Aspekte der Offenbarung auch auf andere Anwendungen anwendbar, insbesondere angetriebene Radantriebe.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE FÜR EINE ANTRIEBSBAUGRUPPE
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Unter Bezugnahme auf 1 kann das offenbarte Arbeitsfahrzeug 20 in einigen Ausführungsformen ein Radlader sein, obwohl, wie bereits erwähnt, die hierin beschriebene Antriebsbaugruppe auf eine Vielzahl von Maschinen anwendbar sein kann, wie etwa landwirtschaftliche Fahrzeuge, Forstfahrzeuge (z. B. Schlepper) und andere Baufahrzeuge (z. B. Raupenbagger). Wie gezeigt, kann das Arbeitsfahrzeug 20 einen Strukturhauptrahmen oder ein Fahrgestell 22 beinhalten, das ein Arbeitsanbaugerät 24 trägt, das durch verschiedene Kombinationen von Strukturelementen (z. B. Arme, Traversen, Drehgelenke usw.) selektiv positioniert wird, und unter Verwendung einer beliebigen Anzahl von Stellgliedern, wie etwa Hydraulikzylindern, steuerbar bewegt werden. Das Arbeitsfahrzeug 20 kann ferner mit einer Bedienerkabine 26, einem Antriebsstrang 28, einem Steuersystem 30 und einem Hydrauliksystem 32 ausgestattet sein. Das Arbeitsfahrzeug 20 kann über dem Boden durch bodeneingreifende Räder oder Raupenketten getragen werden. Im veranschaulichten Beispiel beinhaltet das Arbeitsfahrzeug 20 eine Vorderachse (nicht gezeigt), an der lenkbare Räder 34 montiert sind (eines an jeder linken/rechten lateralen Seite des Arbeitsfahrzeugs 20) und eine Hinterachse (in 1 nicht gezeigt) an denen Räder 36 (eines oder mehrere an jeder linken/rechten Seite des Arbeitsfahrzeugs 20) montiert sind.
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Generell weist der Antriebsstrang 28 Radlenkkomponenten 38 auf, einschließlich verschiedener Vorrichtungen (z. B. Servolenkungspumpen und -leitungen, Lenkmechanismen und dergleichen), die manuelle (z. B. Bedienerlenksteuerungen oder Räder) und/oder automatisierte (über das Steuersystem 30) Lenkeingaben an die Räder koppeln, wie etwa die lenkbaren Räder 34. Der Antriebsstrang 28 enthält eine Antriebsquelle, wie beispielsweise einen Motor 40, der das Arbeitsfahrzeug 20 mit Leistung versorgt, entweder als direkte mechanische Leistung oder nach Umwandlung in elektrische oder hydraulische Leistung. In einem Beispiel ist der Motor 40 ein Verbrennungsmotor, wie beispielsweise ein Dieselmotor, der eine Motorwelle 42 zum Ausgeben von mechanischer Leistung aufweist. Der Motor 40 wird von einem Motorsteuermodul (nicht gezeigt) des Steuersystems 30 gesteuert. Es ist anzumerken, dass die Verwendung eines Verbrennungsmotors lediglich ein Beispiel darstellt, da die Antriebsquelle eine Brennstoffzelle, ein Elektromotor, ein Hybrid-Gas-Elektromotor oder eine sonstige leistungserzeugende Vorrichtung sein kann.
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Zusätzlich zur Bereitstellung von Zugkraft zum Antreiben des Arbeitsfahrzeugs 20 kann der Motor 40 Leistung an bordeigene Teilsysteme, einschließlich verschiedener elektrischer und hydraulischer Komponenten des Arbeitsfahrzeugs, und zum Abgeben von Leistung an andere Teilsysteme, die vom Arbeitsfahrzeug 20 entfernt sind, bereitstellen. Beispielsweise kann der Motor 40 mechanische Leistung bereitstellen, die in ein elektrisches Format umgewandelt wird, um die Elektronik des Steuersystems 30 und einen oder mehrere elektrische Antriebe des Arbeitsfahrzeugs 20 zu betreiben. Das Steuersystem 30 kann somit mechanische in elektrische Leistungsumwandlungskomponenten 44, eine oder mehrere Batterien 46 und zugehörige Elektronik, einschließlich verschiedener Lichtmaschinen, Generatoren, Spannungsregler, Gleichrichter, Wechselrichter und dergleichen, aufweisen.
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Der Motor 40 kann auch mechanische Leistung bereitstellen, die in ein hydraulisches Format umgewandelt wird, um verschiedene Pumpen und Kompressoren anzutreiben, die Fluid unter Druck setzen, um verschiedene Stellglieder des Hydrauliksystems 32 anzutreiben, um Komponenten des Arbeitsfahrzeugs 20 anzutreiben, wie etwa das Arbeitsanbaugerät 24, das Lenken und Bremsen der Räder, ein nachgeschlepptes Arbeitsanbaugerät (nicht gezeigt) oder dergleichen. In diesem Beispiel unterstützt das Arbeitsfahrzeug 20 die Montage des Arbeitsanbaugeräts 24 als einen Frontlader, der während des Betriebs durch eine oder mehrere hydraulische Kolben-Zylinder-Vorrichtungen angehoben und abgesenkt werden kann. Das Hydrauliksystem 32 kann mit dem Steuersystem 30 in Reaktion auf Befehle von einer Bedienereingabevorrichtung (z. B. Bedienersteuerungen, Bedieneranzeigevorrichtung usw.) in der Kabine 26 oder entfernt vom Arbeitsfahrzeug 20 gekoppelt und von diesem betrieben werden. Das Hydrauliksystem 32 kann weitere Komponenten (z. B. Ventile, Strömungsleitungen, Kolben/Zylinder, Dichtungen/Abdichtungen usw.) beinhalten, so dass die Steuerung verschiedener Vorrichtungen mit und basierend auf hydraulischen, mechanischen oder anderen Signalen und Bewegungen erfolgen kann.
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Das Steuersystem 30 kann als eine Rechenvorrichtung mit zugehörigen Prozessorvorrichtungen und Speicherarchitekturen, als fest verdrahtete Rechenschaltung (oder -schaltungen), als programmierbare Schaltung, als hydraulische, elektrische oder elektrohydraulische Steuerung konfiguriert werden. Das Steuersystem 30 kann konfiguriert sein, um verschiedene computerbasierte Funktionen und Steuerfunktionen in Bezug auf das Arbeitsfahrzeug 20 auszuführen, einschließlich verschiedener Geräte, die dem Antriebsstrang 28, dem Hydrauliksystem 32 und verschiedenen zusätzlichen Komponenten des Arbeitsfahrzeugs 20 zugeordnet sind. In einigen Ausführungsformen kann das Steuersystem 30 konfiguriert sein, um Befehlssignale in verschiedenen Formaten (z. B. als Hydrauliksignale, Spannungssignale, Stromsignale, usw.) zu empfangen und Befehlssignale in verschiedenen Formaten (z. B. als Hydrauliksignale, Spannungssignale, Stromsignale, mechanische Bewegungen, wie etwa Drehung usw.) auszugeben. Das Steuersystem 30 ist konfiguriert, um verschiedene Aspekte der offenbarten elektrischen Maschine zu betreiben, die einen Teil des Antriebsstrangs 28 oder einen Teil eines anderen Teilsystems des Arbeitsfahrzeugs 20 bilden kann.
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Bezugnehmend auch auf 2 ist eine beispielhafte Antriebsbaugruppe 50 des Antriebsstrangs 28 gezeigt, die eine elektrische Maschine 52 und eine Getriebebaugruppe 54 beinhaltet, die operativ miteinander gekoppelt sind. Die Antriebsbaugruppe 50 kann zum Übertragen von Leistung auf die Räder 34 des Arbeitsfahrzeugs 20 implementiert werden. Die Antriebsbaugruppe 50 kann zusätzlich oder alternativ eine Umwandlung in elektrische und/oder hydraulische Leistung an verschiedene Komponenten des Arbeitsfahrzeugs 20 bereitstellen, wie oben angemerkt, beispielsweise durch Implementieren der elektrischen Maschine 52 in einem Generatormodus, der elektrische Leistung im gesamten Fahrzeug bereitstellt. In einem solchen Generatormodus kann die Antriebsbaugruppe 50 Leistung an eines oder mehrere von dem Steuersystem 30, dem Hydrauliksystem 32, einer angetriebenen Radachse zum Bereitstellen von Zugkraft an die Räder (nicht gezeigt) oder dergleichen bereitstellen. Im veranschaulichten Beispiel ist die Antriebsbaugruppe 50 an einen Pumpenantrieb 56 montiert, um den Antriebsstrang 28 mit den verschiedenen hydraulischen Pumpen (nicht dargestellt) des Arbeitsfahrzeugs 20 über Einsatzhalterungen 58 zu koppeln. Beispielsweise beinhaltet der Pumpenantrieb 56 Verzahnungen, wie etwa Schrägstirnradsätze (nicht gezeigt), um den Drehausgang von der Antriebsbaugruppe 50 zu übertragen, um die Hydraulikpumpen anzutreiben, die in den Einsatzhalterungen 58 montiert sind.
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Wie schematisch in 1 gezeigt, kann der Pumpenantrieb 56 an ein sekundäres Getriebe 60 und eine sekundäre elektrische Maschine 62 gekoppelt sein (z. B. die sekundäre elektrische Maschine 62, die als dedizierter Generator als Motor-Generator-Paar mit der elektrischen Maschine 52 dient). In einer solchen Anordnung kann sich das sekundäre Getriebe 60 auch das Volumen und den Strom des Kühlmittels aus dem hier offenbarten kombinierten Kühlkreislauf teilen und zwei Komponenten (elektrische Maschine 52 und Getriebebaugruppe 54), die direkt in Reihe geschaltet sind, sowie das sekundäre Getriebe 60 und/oder die sekundäre elektrische Maschine 62 bereitstellen, so dass sich das Kühlsystem mit dem Kühlen dritter und vierter Komponenten kombinieren würde. In manchen Fällen würden solche zusätzlichen Komponenten direkt (d.h. durch direkte Montage und Verbindung von Gehäusen) oder durch externe Schläuche und Armaturen miteinander gekoppelt sein.
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In dem veranschaulichten Beispiel beinhaltet die Antriebsbaugruppe 50 ein Antriebsbaugruppengehäuse 64, das die Komponenten der Antriebsbaugruppe 50 miteinander verbindet und die Antriebsbaugruppe 50 fest an dem Pumpenantrieb 56 anbringt. Das Antriebsbaugruppengehäuse 64 wird durch äußere Komponenten der elektrischen Maschine 52 und der Getriebebaugruppe 54 definiert, die aneinander befestigt sind, zum Beispiel durch Schrauben. Insbesondere umfasst das Antriebsbaugruppengehäuse 64 ein Gehäuse einer elektrischen Maschine 66 und ein Getriebegehäuse 68, die jeweils aus einem oder mehreren starren Metallgussteilen gebildet sein können. Das beispielhafte Gehäuse einer elektrischen Maschine 66 beinhaltet einen Mantel 70, einen Endabschnitt 72 und eine Kappe 74, die starr zusammengebaut sind, um die elektrische Maschine 52 einzuhüllen. Das Getriebegehäuse 68 beinhaltet einen Träger 76 und ein Getriebe 78, die starr zusammengebaut sind, um die Getriebebaugruppe 54 zu ummanteln. Mit dieser Anordnung stellt das Antriebsbaugruppengehäuse 64 eine zusammenhängende, im Allgemeinen zylindrische Ummantelung bereit, die ein Volumen an Kühlmittelfluid (z. B. Öl) innerhalb der Antriebsbaugruppe 50 zurückhält.
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Bezugnehmend auch auf 3 umfasst das Antriebsbaugruppengehäuse 64 einen Kühlkreislauf 80 verschiedener Kanäle, die sowohl der elektrischen Maschine 52 als auch der Getriebebaugruppe 54 Kühlmittel von einem einzelnen Kühlmittelquelleneingang zuführen. Der Kühlkreislauf 80 ist daher ein kombinierter Kühlkreislauf für zwei diskrete Komponenten (d. h. die elektrische Maschine 52 und die Getriebebaugruppe 54) und stellt die einzige gesteuerte Kühlung für diese Komponenten bereit. Der Kühlkreislauf 80 benötigt keine externen Schläuche oder Leitungen, um Kühlmittel zwischen der elektrischen Maschine 52 und der Getriebebaugruppe 54 zu liefern. Stattdessen ist die Strömung innerhalb des Antriebsbaugruppengehäuses 64 enthalten und strömt teilweise durch in dem Antriebsbaugruppengehäuse 64 ausgebildete Kanäle. Insbesondere strömt das Kühlmittel von einem elektrischen Maschinenabschnitt 82 des Kühlkreislaufs 80 zu einem Getriebeabschnitt 84 des Kühlkreislaufs 80 in Reihe, indem es durch passende Kühlmittelkanäle in dem Mantel 70 und dem Träger 76 strömt. Anders ausgedrückt strömt Kühlmittel direkt und intern durch eine Schnittstelle, an der die elektrische Maschine 52 fest mit der Getriebebaugruppe 54 montiert ist. Im veranschaulichten Beispiel ist ein Auslassblock 86 unter der Antriebsbaugruppe 50 montiert, um gebrauchtes Kühlmittel sowohl von der elektrischen Maschine 52 als auch von der Getriebebaugruppe 54 zu übertragen, die anschließend (über verschiedene Leitungen und Armaturen) zu einem Hydraulikbehälter oder Tank 87 zurückgeführt werden kann, wie schematisch in 4 gezeigt.
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Bezugnehmend auch auf die 3 und 4 weist der Mantel 70 der beispielhaften elektrischen Maschine 52 eine allgemein hohle ringförmige (z. B. zylindrische) Form mit einer äußeren Umfangsfläche 88 auf, die sich um eine axiale Referenzachse R (z. B. eine Antriebsachse) von einem ersten axialen Ende (z. B. einem Antriebsende 90) zu einem zweiten axialen Ende (z. B. einem Nichtantriebsende 92) erstreckt. Das Antriebsende 90 kann einen oder mehrere Montageflansche 94 mit einer Vielzahl von Montagebohrungen zur Befestigung (z. B. über Schrauben 96) an dem Träger 76 der Getriebebaugruppe 54 oder einer anderen nahegelegenen festen Komponente beinhalten. Ein oder mehrere Verbinder 98 sind für verschiedene Zwecke an dem Mantel 70 angeordnet, wie zum Beispiel zum Zuführen von Leistung von dem Antriebsstrang 28 oder Batterien 46 des Arbeitsfahrzeugs 20 und zum Bereitstellen einer drahtgebundenen elektrischen Verbindung mit dem Steuersystem 30. Der Endabschnitt 72 des Gehäuses der elektrischen Maschine 66 ist ebenfalls eine hohle ringförmige Form, die sich an dem Nichtantriebsende 92 befindet, und die Kappe 74 schließt das Nichtantriebsende 92.
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Bei der elektrischen Maschine 52 des abgebildeten Beispiels handelt es sich um einen Permanentmagnetmotor, der einen Stator 100 und einen Rotor 102 beinhaltet. Der Stator 100 beinhaltet einen Kern 104, der in einer ringförmigen Form koaxial zu dem Rotor 102 angeordnet ist und aus einem massiven Kernmaterial, einer Vielzahl von gestapelten Blechen oder einem geteilten Kernmaterial gebildet sein kann. Der Stator 100 beinhaltet ferner Drahtspulen 106, die radial in innere Abschnitte des Kerns 104 positioniert (z. B. um diese gewickelt) sind. Die Drahtspulen 106 können axiale Endwindungen 108 beinhalten, die sich axial über den Kern 104 hinaus erstrecken. Wie in 4 gezeigt, sind eine Vielzahl von Schlitzen 110 und eine Vielzahl von Vorsprüngen 112 an einem radial inneren Abschnitt des Kerns 104 angeordnet. Die Vielzahl von Schlitzen 110 kann symmetrisch und gleichmäßig in Umfangsrichtung um die Referenzachse R beabstandet sein. Beim Zusammenbau sind die Drahtspulen 106 des Stators 100 in der Vielzahl von Schlitzen 110 montiert und um einen oder mehrere der Vielzahl von Vorsprüngen 112 gewickelt.
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Der Rotor 102 weist eine Rotorwelle 114 auf, die zur Drehung um die Referenzachse R konfiguriert ist. Die Rotorwelle 114 kann zur Drehung relativ zu dem Mantel 70 durch ein oder mehrere Lager gelagert sein, zum Beispiel Rollenlagerbaugruppen 116, die nahe jeweils an dem Antriebsende 90 und dem Nichtantriebsende 92 montiert sind. Die Rotorwelle 114 kann einstückig als ein einzelnes integrales Teil ausgebildet sein, das sich axial über den Mantel 70 hinaus erstreckt, um mit der Getriebebaugruppe 54 zu koppeln, oder kann eine Unterbaugruppe mit zwei oder mehr Teilen sein. Der Rotor 102 beinhaltet ebenfalls einen Rotorkern 118, der zur gemeinsamen Drehung mit der Rotorwelle 114 montiert ist. Der Rotorkern 118 ist aus einer Vielzahl von Rotorblechen 120 gebildet. Wie in 4 gezeigt, trägt jedes der Vielzahl von Rotorblechen 120 eine Vielzahl von Permanentmagneten 122 zur Magnetfelderzeugung. Die Vielzahl von Permanentmagneten 122 ist in Umfangsrichtung um die Referenzachse R beabstandet. Die Vielzahl von Permanentmagneten 122 ist mit alternierenden Polaritäten angeordnet, so dass eine Drehung an den Drahtspulen 106 des Stators 100 vorbei ein alternierendes Magnetfeld induziert. Im veranschaulichten Beispiel sind die Permanentmagnete 122 in einer im Allgemeinen V-förmigen sich wiederholenden Konfiguration angeordnet. Wie veranschaulicht, kann die Rotorwelle 114 ein Keilende am Antriebsende 90 der elektrischen Maschine 52 zum Liefern oder Empfangen von mechanischer Drehleistung aufweisen.
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Im Allgemeinen können verschiedene Teile und Abschnitte der elektrischen Maschine 52 Quellen der Wärmeerzeugung während der Verwendung sein. Dementsprechend verteilt der elektrische Maschinenabschnitt 82 des Kühlkreislaufs 80 Kühlmittel über den Stator 100 und den Rotor 102. Der Mantel 70 der elektrischen Maschine 52 beinhaltet verschiedene Strukturen zum Verteilen von Kühlmittel (z. B. flüssiges Öl) um die elektrische Maschine 52 und heraus an die Getriebebaugruppe 54. Der Mantel 70 weist einen Zwischenflansch 130 auf, der sich zwischen dem Antriebsende 90 und dem Nichtantriebsende 92 befindet. Der Zwischenflansch 130 beinhaltet eine Kühlmitteleinlassöffnung 132 zum Zuführen von Kühlmittel zu dem Kühlkreislauf 80, der, wie oben angemerkt, die einzige Quelle für gerichtetes Kühlmittel sowohl für die elektrische Maschine 52 als auch für die Getriebebaugruppe 54 ist. Der Mantel 70 weist eine Kühlmittelauslassöffnung 134 an dem Antriebsende 90 auf und ist in einem der Montageflansche 94 ausgebildet. Die Kühlmittelauslassöffnung 134 steht in Fluidverbindung mit der Kühlmitteleinlassöffnung 132. Die Kühlmittelauslassöffnung 134 koppelt die elektrische Maschine 52 fluidisch an die passende Getriebebaugruppe 54 bei einem Schwelle 136 zwischen den Komponenten, wodurch eine gemeinsame Kühlmittelzufuhr ohne separate Rohrleitungen, Armaturen usw. ermöglicht wird. Es versteht sich, dass die Kühlmittelauslassöffnung 134 in anderen Beispielen oder Anwendungen an anderen Stellen um das Mantels 70 bereitgestellt werden kann. Der Mantel 70 kann einstückig ausgebildet sein (z. B. einstückig aus demselben Material zur gleichen Zeit durch denselben Prozess geformt sein), einschließlich eines oder mehrerer von den Montageflanschen 94 und dem Zwischenflansch 130.
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Der Mantel 70 der beispielhaften elektrischen Maschine 52 beinhaltet Kühlmittelkanäle 140 zum Bereitstellen eines Stroms von Kühlmittelfluid durch die elektrische Maschine 52, wobei dieser Strom allgemein als der Abschnitt 82 der elektrischen Maschine des Kühlkreislaufs 80 bezeichnet wird, wie vorstehend angemerkt. Die Kühlmittelkanäle 140 können einstückig als ein einheitlicher Teil des Mantels 70 ausgebildet sein. Der Endabschnitt 72 und die Kappe 74 des Gehäuses der elektrischen Maschine 66 können ebenfalls Kühlmittelkanäle 140 aufweisen, die darin ausgebildet sind. Die Kühlmittelkanäle 140 beinhalten die Kühlmitteleinlassöffnung 132 zum Aufnehmen eines Kühlmitteleingangs 144 und die Kühlmittelauslassöffnung 134 zum Bereitstellen eines Kühlmittelausgangs 146 an die Getriebebaugruppe 54. Der elektrische Maschinenabschnitt 82 kann in einen Statorzuführkreis 148 und einen Rotorzuführkreis 150 unterteilt sein, die zumindest teilweise durch die Kühlmittelkanäle 140 gebildet sind. Eine Einlassblende 152 ist in der Kühlmitteleinlassöffnung 132 positioniert, um den Kühlmittelstrom zum Statorzuführkreis 148 zu messen, der im Effekt auch Ströme zum Rotorzuführkreis 150 und über die Kühlmittelauslassöffnung 134 zur Getriebebaugruppe 54 misst. Im veranschaulichten Beispiel erstreckt sich ein oberer Kanal 154 der Kühlmittelkanäle 140 von einem Schnittpunkt 156, der zu der Einlassblende 152 führt, zu der Kühlmittelauslassöffnung 134. Es wird darauf hingewiesen, dass der Schnittpunkt 156 zusammen mit dem Zwischenflansch 130 an jeder beliebigen axialen Stelle entlang des Mantels 70 zwischen dem Antriebsende 90 und dem Nichtantriebsende 92 positioniert sein kann. Gebrauchtes Kühlmittel aus dem elektrischen Maschinenabschnitt 82 kann passiv zu dem Antriebsende 90 strömen, um durch den Träger 76, eine Ablaufleitung 157 oder andere Stellen entlang des Mantels 70 abzulassen, die in dem Auslassblock 86 gesammelt werden sollen.
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Bezugnehmend auch auf 6 ist die Einlassblende 152 in der Kühlmitteleinlassöffnung 132 an einem unteren Bereich 158 davon montiert (z. B. Presssitz). Der untere Bereich 158 ist ein Abschnitt der Einlassöffnung 132 mit verringertem Durchmesser. Die Einlassblende 152 kann aus einem Metall- oder Polymermaterial gebildet sein, das eine dichtende Reibpassung mit dem unteren Bereich 158 bereitstellt. Die Einlassblende 152 weist eine Dosieröffnung 160 auf, die in einem Boden 162 davon ausgebildet ist. Die Dosieröffnung 160 ist bemessen, um eine vorbestimmte gewünschte Kühlmitteldurchflussrate durch den Statorzuführkreis 148 des Kühlkreises 80 bereitzustellen (3). Wie gezeigt, verjüngt sich der Boden 162 der Einlassblende 152 in der Dicke in Richtung der Dosieröffnung 160 und der Boden 162 ist dicker als aufrechte Wände 166 der Einlassblende 152, obwohl andere relative Größen und Formen implementiert werden können. In anderen Beispielen kann die Einlassblende 152 permanent im unteren Bereich 158 angebracht (z. B. verklebt oder verschweißt) sein oder die Einlassblende 152 kann einstückig als ein einheitlicher Teil des Mantels 70 und/oder des Zwischenflansches 130 (z. B. gleichzeitig durch denselben Prozess aus demselben Material gebildet) ausgebildet sein.
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Der Kühlmitteleingang 144 für die elektrische Maschine 52 wird an der Kühlmitteleinlassöffnung 132 bereitgestellt, wie im Beispiel von 6 gezeigt. In diesem Beispiel verbindet ein Koppler 168 eine Zuführleitung 170 mit der Kühlmitteleinlassöffnung 132. Der Kühlmitteleingang 144 zweigt innerhalb der Kühlmitteleinlassöffnung 132 ab, um durch die Kühlmittelkanäle 140 sowohl über die Einlassblende 152 zum Statorzuführkreis 148 als auch über den Schnittpunkt 156 zum Rotorzuführkreis 150 und zum Getriebeabschnitt 84 zu strömen. Der Schnittpunkt 156 teilt diesen Kühlmittelstrom zu jedem von dem Statorzuführkreis 148, dem Rotorzuführkreis 150 und dem oberen Kanal 154 (der durch die Schwellen 136 zum Getriebeabschnitt 84 des Kühlkreises 80 führt). Auf diese Weise ist der Kühlmitteleingang 144 ein einzelner Eingang, der sowohl der elektrischen Maschine 52 als auch der Getriebebaugruppe 54 aktives, gesteuertes Kühlen bereitstellt. Für den elektrischen Maschinenabschnitt 82 dosiert die Dosieröffnung 160 der Einlassblende 152 eine Durchflussrate in den Statorzuführkreis 148, und der Rest des Kühlmittels gelangt in den Rotorzuführkreis 150. Da der Kühlmittelstrom in den Rotorzuführkreis 150 und den Getriebeabschnitt 84 eine Funktion des Kühlmittelstroms in den Statorzuführkreis 148 ist, misst die Einlassblende 152 den Kühlmittelstrom sowohl zum Rotorzuführkreis 150 als auch zum Statorzuführkreis 148. Im Gebrauch wird die Einlassblende 152 leicht (z. B. mit manuellen Werkzeugen) durch die Kühlmitteleinlassöffnung 132 installiert. Es versteht sich, dass der Zuführleitung 170 Kühlmittel zugeführt wird, das aus dem Tank 87 gepumpt wird, wodurch ein geschlossener Kreislauf für den Kühlkreislauf 80 bereitgestellt wird.
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Der Statorzuführkreis 148 des elektrischen Maschinenabschnitts 82 erstreckt sich anfänglich um einen Umfang des Mantels 70 mit gewundenen Kühlmittelkanälen 172 in mehreren Zweigen, die axial beabstandet sind. Die gewundenen Kühlmittelkanäle 172 sind an einer inneren Umfangsfläche 174 des Mantels 70 ausgebildet. Bei dieser Anordnung strömt der Kühlmittelstrom durch die gewundenen Kühlmittelkanäle 172 in physischem Kontakt mit einem Außenumfang des Kerns 104 des Stators 100 zur direkten konvektiven Kühlung. In dem veranschaulichten Beispiel mit drei Verzweigungen der gewundenen Kühlmittelkanäle 172 ist ein wesentlicher Kontaktbereich zwischen Kühlmittel in dem Statorzuführkreis 148 und dem Kern 104 bereitgestellt, was zu einer wesentlichen Kühlung führt. Die gewundenen Kühlmittelkanäle 172 können anschließend mit einem oder mehreren Sprühringen 176 (siehe 3) zum Kühlen der axialen Endwindungen 108 der Drahtspulen 106 des Stators 100 verbunden werden.
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Nun auch unter Bezugnahme auf 9 können sich die gewundenen Kühlmittelkanäle 172 des Statorzuführkreises 148 anschließend mit dem einen oder den mehreren Sprühringen 176 (siehe 3) für eine zusätzliche Kühlung des Stators 100 verbunden werden. Der eine oder die mehreren Sprühringe 176 sind axial außerhalb des Kerns 104 des Stators 100 angebracht, um einen Sprühnebel von Kühlmittel auf eine oder mehrere entsprechende axiale Endwindungen 108 zu richten. Der eine oder die mehreren Sprühringe 176 sind kalibriert, um gewünschte Sprüh- und Kühleigenschaften zum Kühlen des Stators 100 bereitzustellen, zum Beispiel eine Strömung entlang eines Außenumfangs der axialen Endwindungen 108 und eine allgemein blattartige Verteilung. In einigen Beispielen kann die Dosieröffnung 160 der Einlassblende 152 bemessen sein, um eine Durchflussrate bereitzustellen, die den Sprühringen 176 eine gewünschte Sprühgeschwindigkeit verleiht.
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Für den Statorzuführkreis 148 strömt in dem veranschaulichten Beispiel Kühlmittel von dem Kühlmitteleingang 144 über den Schnittpunkt 156 zu der Einlassblende 152. Kühlmittel strömt durch die Dosieröffnung 160 der Einlassblende 152 in die gewundenen Kühlmittelkanäle 172. Wie gezeigt, strömt Kühlmittel in den gewundenen Kühlmittelkanälen 172 um einen Großteil eines Umfangs der inneren Umfangsfläche 174 des Mantels 70 in einem axial zentralen Bereich des Mantels, dann verzweigen sich die gewundenen Kühlmittelkanäle 172 in beiden axialen Richtungen, damit Kühlmittel um einen Großteil eines Umfangs der inneren Umfangsfläche 174 in der Nähe des Antriebsendes 90 und des Nichtantriebsendes 92 des Mantels 70 strömt. Anschließend strömt Kühlmittel in den einen oder die mehreren Sprühringe 176 und besprüht oder kontaktiert die axialen Endwindungen 108 der Drahtspulen 106.
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Der Rotorzuführkreis 150 des elektrischen Maschinenabschnitts 82, wie in 3 dargestellt, erstreckt sich anfänglich axial von dem Schnittpunkt 156 weg in Richtung des Nichtantriebsendes 92 der elektrischen Maschine 52. Der Rotorzuführkreis 150 ist angeordnet, um einen Abschnitt des Kühlmitteleingangs 144 von der Kühlmitteleinlassöffnung 132 zu und durch die Teile des Rotors 102 zu übertragen. Um dies zu erreichen, weist der Rotorzuführkreis 150 einen äußeren axialen Kanal 178 auf, der sich axial von dem Schnittpunkt 156 in Richtung des Nichtantriebsendes 92 der elektrischen Maschine 52 erstreckt. Anschließend erstreckt sich an dem Nichtantriebsende 92 ein radialer Enddurchgang 180 radial nach innen in Richtung des Rotors 102. Ein axialer Kühlmittelkanal 182 erstreckt sich durch die Rotorwelle 114 und entlang der Referenzachse R. Der axiale Kühlmittelkanal 182 kann Kühlmittel als Keilschmiermittel für die Rotorwelle 114 an dem Antriebsende 90 bereitstellen.
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Der Rotorzuführkreis 150 zweigt von dem axialen Kühlmittelkanal 182 ab, um Kühlmittel an den Rotorkern 118 zu liefern. Insbesondere schneiden ein oder mehrere radiale Kanäle 184 den axialen Kühlmittelkanal 182 und erstrecken sich in den Rotorkern 118. Weiter von dem einen oder den mehreren radialen Kanälen 184 beinhaltet der Rotorkern 118 axiale Kühlmittelkanäle 186, um dem Kühlmittel zu ermöglichen, in beiden axialen Richtungen zu strömen. Die axialen Kühlmittelkanäle 186 sind in Umfangsrichtung zwischen jeder V-Form der Permanentmagnete 122 durchsetzt, um Kühlmittel axial durch den Rotorkern 118 und zwischen der Vielzahl von Rotorblechen 120 abzugeben. Der Rotorzuführkreis 150 kann auch Kühlmittelkanäle für die Rollenlagerbaugruppen 116 über einen oder mehrere radiale Lagerkanäle 188 bereitstellen.
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Für den Rotorzuführkreis 150 des veranschaulichten Beispiels passiert der Kühlmittelstrom von dem Kühlmitteleingang 144 den Schnittpunkt 156 in den äußeren axialen Kanal 178. Kühlmittel strömt dann radial nach innen durch den radialen Endkanal 180 zu dem axialen Kühlmittelkanal 182 des Rotors 102. In dem axialen Kühlmittelkanal 182 strömt Kühlmittel axial in Richtung des Antriebsendes 90, während es auch radial durch den einen oder die mehreren radialen Kanäle 184 und den einen oder die mehreren radialen Lagerkanäle 188 abzweigt. Von dem einen oder den mehreren radialen Kanälen 184 zweigt der Kühlmittelstrom in beide Axialrichtungen durch den axialen Kühlmittelkanal 186 ab, wobei er durch den Rotorkern 118 und nach außen zum Ablassen verläuft. Das Kühlmittel im axialen Kühlmittelkanal 186, das nicht abzweigt, kann durch die Rotorwelle 114 fortgesetzt werden.
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Bezugnehmend auch auf die 8-9 und 12 ist die Getriebebaugruppe 54 detailliert gezeigt, einschließlich des Getriebegehäuses 68, das zumindest teilweise einen Zahnradsatz 210 enthält. Im veranschaulichten Beispiel ist der Zahnradsatz 210 ein Planetenradsatz mit einem Sonnenrad 212, einem oder mehreren Planetenrädern 214, einem Hohlrad 216 und dem Träger 76. Der Träger 76 ist nicht drehbar (z. B. fest in Bezug auf das Antriebsbaugruppengehäuse 64) und montiert das eine oder die mehreren Planetenräder 214 zur Drehung um die Referenzdrehachse R. Die Drehachse R des Sonnenrads 212 in dem veranschaulichten Beispiel ist die gleiche Drehachse R wie die Rotorwelle 114 der elektrischen Maschine 52. Das Hohlrad 216 beinhaltet ein Tellerrad 218, das eine Ringscheibe ist, die sich von einem gezahnten oder verzahnten Außendurchmesser, der mit dem Hohlrad 216 kämmt, zu einem gezahnten oder verzahnten Innendurchmesser, der mit einer Abtriebswelle 220 der Getriebebaugruppe kämmt, erstreckt. Das Hohlrad 216 weist in dem veranschaulichten Beispiel zwei gezahnte Bereiche 221 und 223 mit unterschiedlicher Zahnzahl und/oder Konfiguration auf, wobei die Zähne 221 des Hohlrads konfiguriert sind, um mit Zähnen der Planetenräder 214 zu kämmen, und die Zähne 223 dazu konfiguriert sind, mit den Zähnen am Außendurchmesser des Tellerrads 218 zu kämmen. Die unterschiedlichen Zähnezahlen/Konfigurationen der Zähne 221 und 223 ermöglichen es dem Hohlrad 216, bei unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen mit den Planetenrädern 214 und dem Tellerrad 218 zusammenzuwirken. In einigen Fällen kann das Hohlrad 216 jedoch einen einzelnen gezahnten oder verzahnten Abschnitt durch seinen Innendurchmesser aufweisen, der mit den Planetenrädern 214 und dem Tellerrad 218 mit einem gemeinsamen Verhältnis kämmt. Das Tellerrad 218 ist unverlierbar zwischen einer Schulter 225 des Hohlrads 216 und einem Haltering 227 gehalten, der in eine ringförmige Nut 229 am Innendurchmesser des Hohlrads 216 innerhalb des gezahnten Bereichs 223 passt. Die Abtriebswelle 220 wird zur Drehung relativ zum Getriebegehäuse 68 durch ein oder mehrere Lager gelagert, zum Beispiel die Rollenlagerbaugruppe 222.
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12 veranschaulicht zwei Leistungsflüsse, die von der Antriebsbaugruppe 50 bereitgestellt werden und einen Antriebsmodus und einen Generatormodus widerspiegeln. Die Verzahnungsanordnung und die Verbindungen der Getriebebaugruppe 54 bleiben in beiden Modi gleich, einschließlich des Trägers 76, der gegen Drehung fixiert (d. h. geerdet) ist. Der Leistungsfluss des Antriebsmodus beginnt an der elektrischen Maschine 52, die als Motor fungiert, der mechanische Leistung ausgibt. Die elektrische Maschine 52 kann aufgrund eines vorhergehenden Stromerzeugungsmodus erregt oder selektiv über eine andere Quelle wie die Batterie 46 erregt werden. Bei Erregung induziert elektrischer Strom in den Drahtspulen 106 des Stators 100 eine Drehung der Permanentmagnete 122 des Rotors 102 und damit auch eine Drehung der Rotorwelle 114. Die Rotorwelle 114 verbindet sich mit dem Sonnenrad 212 des Planetenradsatzes 210 in der Getriebebaugruppe 54, wodurch die Planetenräder 214 angetrieben werden, um sich zu drehen. Da der Träger 76 fest ist, sind die Planetenräder 214 nicht in der Lage, sich innerhalb des Hohlrads 216 zu drehen, und daher treibt die Drehung der Planetenräder 214 die Drehung des Hohlrads 216 an. Das Hohlrad 216 dreht sich mit dem Tellerrad 218 und der Abtriebswelle 220 und gibt mechanische Leistung (z. B. Drehung) an den Pumpenantrieb 56 zur Übertragung auf eine andere Komponente des Arbeitsfahrzeugs 20 aus. Dementsprechend stellt im Antriebsmodus der Zahnradsatz 210 der Getriebebaugruppe 54 eine Sonnenrad-Hinein-, Hohlrad-Heraus-Konfiguration bereit, wobei die elektrische Maschine 52 elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt.
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Im Generatormodus beginnt der Motor 40 den Leistungsfluss von einer externen Quelle in dem Pumpenantrieb 56 (z. B. einem Zahnradsatz in dem Pumpenantrieb 56, der von der Motorwelle 42 angetrieben wird), der der Antriebsbaugruppe 50 mechanische Leistung bereitstellt. Die Drehung von dem Pumpenantrieb 56 wird auf die Abtriebswelle 220 übertragen, die sich mit dem Tellerrad 218 und dem Hohlrad 216 dreht und diese antreibt, die wiederum die Drehung der Planetenräder 214 antreibt. Der Träger 76 bleibt fest und somit treiben die Planetenräder 214 die Drehung des Sonnenrads 212 an. Das Sonnenrad 212 ist mit der Rotorwelle 114 der elektrischen Maschine 52 verbunden, und die resultierende Drehung der Permanentmagnete 122 im Rotor 102 induziert einen Strom in den Drahtspulen 106 des Stators 100. Dementsprechend stellt der Zahnradsatz 210 der Getriebebaugruppe 54 im Generatormodus eine Hohlrad-Hinein-, Sonnenrad-Heraus-Konfiguration bereit, wobei die elektrische Maschine 52 mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die Abtriebswelle 220 der Getriebebaugruppe 54 mit verschiedenen Teilsystemen oder Komponenten des Arbeitsfahrzeugs 20 verbunden werden kann, wie etwa einer Zahnradbaugruppe (nicht abgebildet) des Pumpenantriebs 56, die mit einer Hydraulikkomponente (z. B. einer oder mehreren Hydraulikpumpen (nicht abgebildet) gekoppelt ist, die mit dem Pumpenantrieb 56 an den Halterungen 58 verbunden ist. In anderen Implementierungen kann die Abtriebswelle 220 mit anderen Komponenten verbunden werden, wie etwa einem Dämpfer, einer mechanischen Verbindung mit der Motorwelle 42 oder anderen Hilfskomponenten des Arbeitsfahrzeugs 20. Es wird auch angemerkt, dass andere Arten von Zahnradsätzen auf die vorliegende Offenbarung anwendbar sind, um eine ähnliche Untersetzung zwischen der elektrischen Maschine 52 und dem angeschlossenen Teilsystem/der angeschlossenen Komponente bereitzustellen. Solche anderen Zahnradsätze können unterschiedliche Rotationsachsen definieren, die nicht koaxial zur Rotationsachse R der Rotorwelle 114 sind (z. B. eine parallele Achse oder eine senkrechte Achse).
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In der veranschaulichten Ausführungsform arbeitet der Träger 76 des Zahnradsatzes 210 nicht nur, um das Übersetzungsverhältnis der Getriebebaugruppe 54 einzustellen, sondern dient auch als ein Abschnitt eines Getriebegehäuses 68 und als ein Teil des Getriebeabschnitts 84 des Kühlkreislaufs 80. Insbesondere weist der Träger 76 einen Ringscheibenabschnitt 230 auf, der sich radial erstreckt, und eine ringförmige Umfangswand 232, die sich axial erstreckt, die sich beide um die axiale Referenzachse R (z. B. eine Antriebsachse) erstrecken. Die Ringscheibe 230 beinhaltet Ritzelwellen oder Spindeln 234, die sich axial von der Ringscheibe erstrecken, um die Planetenräder 214 zu montieren. Als ein Abschnitt des Getriebegehäuses 68 verbindet sich der Träger 76 mit dem Getriebe 78, um das Getriebegehäuse 68 zu bilden, das den Zahnradsatz 210 als eine diskrete Komponente der Antriebsbaugruppe 50 einschließt. Der Träger 76 verbindet sich mit der elektrischen Maschine 52, um die Getriebebaugruppe 54 fest an der elektrischen Maschine 52 zu befestigen (z. B. über Schrauben 96). Eine Vielzahl von Montageflanschen 240 erstreckt sich von der Umfangswand 232 des Trägers 76, wobei jeder Montageflansch 240 ein Montageloch 242 zum Aufnehmen von Befestigungselementen, wie etwa den Schrauben 96, die an der elektrischen Maschine 52 befestigt sind, aufweist. Ein Doppelflansch 244 des Trägers 76 erstreckt sich in ähnlicher Weise von der Umfangswand 232 und beinhaltet sowohl ein Montageloch 246 als auch einen Schnittstellenkühlmittelkanal 248. Die Montagelöcher 242 und 246 der Getriebebaugruppe 54 sind gleichmäßig um den Umfang des Trägers 76 beabstandet. Aufgrund einer symmetrischen Anordnung der Montagelöcher 246 in dem Träger 76 kann die Getriebebaugruppe 54 in unterschiedlichen Ausrichtungen montiert werden, wie dies für die Kopplung mit der elektrischen Maschine 52 erforderlich ist.
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Der Schnittstellenkühlmittelkanal 248 ist in einer Stirnfläche 250 des Trägers 76 ausgebildet und erstreckt sich axial zu einer Steuerblende 252 zum Dosieren des Kühlmittelstroms in den Getriebeabschnitt 84. Die Steuerblende 252 stellt der Getriebebaugruppe 54 den einzigen gesteuerten Kühlmittelstrom durch eine Dosieröffnung 254 mit einem Durchmesser 256 bereit, die konfiguriert ist, um eine gewünschte Durchflussrate in den Getriebeabschnitt 84 des Kühlkreislaufs 80 bereitzustellen. Wie in den 3 und 7 gezeigt, ist der Schnittstellenkühlmittelkanal 248 ausgerichtet und in Fluidverbindung mit der Kühlmittelauslassöffnung 134 der elektrischen Maschine 52, um die Schwelle 136 zwischen den jeweiligen Komponenten und Kühlabschnitten zu bilden. Dementsprechend stellt der Schnittstellenkühlmittelkanal 248 einen Kühlmittelstrom (d. h. den Kühlmittelausgang 146) an die Getriebebaugruppe 54 bereit, die von dem elektrischen Maschinenabschnitt 82 des Kühlkreislaufs 80 für die Antriebsbaugruppe 50 empfangen wird. Die Steuerblende 252 kann als ein einheitlicher Teil des Trägers 76 ausgebildet sein, zum Beispiel durch maschinelle Bearbeitung, obwohl die Steuerblende 252 in anderen Beispielen ein separates Teil sein kann, zum Beispiel ein Metall- oder Polymerteil, das auf die gleiche Weise wie die vorstehend erörterte Einlassblende 152 in den Schnittstellenkühlmittelkanal 248 eingepresst ist. Es ist anzumerken, dass der Begriff „Blende“, wie er hierin verwendet wird, eine physikalische Struktur bezeichnet, die auch als „Drosselplatte“ in entfernbaren Anwendungen bekannt sein kann, und der Begriff beinhaltet keine generische Öffnung in einer Struktur. Insbesondere ist eine Blende eine Struktur, die eine dimensionierte Öffnung, wie etwa die offenbarten Beispiele der Dosieröffnung 160 der Einlassblende 152 oder der Dosieröffnung 254 der Steuerblende 252, oder eine ähnliche Öffnung (oder verengte Fläche) beinhaltet, die gewünschte Strömungseigenschaften erzeugt.
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10A-10D und 11 zeigen die Kühlmittelströme durch die Getriebebaugruppe 54 im Detail. Der Träger 76 der Getriebebaugruppe 54 beinhaltet eine Vielzahl von Trägerkühlmittelkanälen 260 zum Bereitstellen eines Stroms von Kühlmittelfluid durch und um den Zahnradsatz 210, allgemein als der Getriebeabschnitt 84 des Kühlkreislaufs 80 bezeichnet, wie oben angemerkt. Die Trägerkühlmittelkanäle 260 sind innerhalb des Materials des Trägers 76 ausgebildet, beispielsweise durch Bohren und/oder Bearbeiten. Die Trägerkühlmittelkanäle 260 beginnen damit, dass sich der Schnittstellenkühlmittelkanal 248 axial von der Schwelle 136 zu der Steuerblende 252 erstreckt und die Kühlmittelausgang 146 der elektrischen Maschine 52 empfängt. Von der Steuerblende 252 drehen sich die Kühlmittelkanäle 260 des Trägers 76 radial nach innen und beinhalten einen oder mehrere Längskanäle 262 und einen oder mehrere seitliche Kanäle 264, die sich um den Bereich des Trägers 76 erstrecken. Planetendurchgänge 266 erstrecken sich axial entlang der Spindel 234 für jedes des einen oder der mehreren Planetenräder 214. Kühlmittel tritt aus den Planetenkanälen 266 in einen Innenbereich der Planetenräder 214 aus, um die Planetenräder 214 zu schmieren und durch Lager (z. B. Nadelrollenlager, die nicht gezeigt sind) zu strömen. Anschließend strömt das Kühlmittel radial nach außen (z. B. aufgrund der Schwerkraft nach unten) von den Planetenrädern 214 zu dem Hohlrad 216 und durch einen Spalt 268 (siehe 11) zwischen dem Hohlrad 216 und der Ringscheibe 230 des Trägers 76, um sich in dem Getriebe 78 zu sammeln. Auf diese Weise wird während der Verwendung Kühlmittel über den Zahnradsatz 210 verteilt, um eine breite Abdeckung für Kühlung und Schmierung bereitzustellen.
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Das Getriebe 78 beinhaltet einen Sammelbereich 270 für Altöl, um sich passiv zu sammeln und zu dem Auslassblock 86 zu fließen. Wie in 11 gezeigt, stellt der Kühlkreislauf 80 einen kombinierten Ablaufkreislauf 272 zum Verbinden von Rücklaufkühlmittel sowohl von dem elektrischen Maschinenabschnitt 82 als auch dem Getriebeabschnitt 84 bereit. Wie oben angemerkt, entleert sich das Nichtantriebsende 92 der elektrischen Maschine 52 passiv zu einer Ablaufleitung 157, die zu dem Auslassblock 86 führt. Das Antriebsende 90 der elektrischen Maschine ist zumindest teilweise in einer Kante 274 montiert, die sich vom Träger 76 erstreckt. Das Getriebegehäuse 68 stellt eine Reihe von Aussparungen und Durchgängen bereit, um verbrauchtes Kühlmittel passiv in Richtung des Auslassblocks 86 zu leiten. Ein Kanal 276 ist in dem Träger 76 axial über die Kante 274 hinaus ausgebildet und eine axiale Öffnung 278 in der Ringscheibe 230 steht in Fluidverbindung mit dem Inneren des Getriebegehäuses 68. An dieser Verbindungsstelle verbindet das Ablassen von Kühlmittel aus dem Getriebeabschnitt 84 das Kühlmittel, das von dem Antriebsende 90 der elektrischen Maschine abläuft, und die kombinierten Ablaufströme sammeln sich in einer Vertiefung 280, die mit einem Ablaufkanal 282 verbunden ist, der in den Auslassblock 86 führt. Von dort kann Kühlmittel in den Tank 87 zurückgeführt und aktiv oder passiv gekühlt werden, bevor es wieder über die Zuführleitung 170 zur Kühlmitteleinlassöffnung 132 gepumpt wird (4).
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Die Steuerblende 252 des Trägers 76 definiert die Dosieröffnung 254, um den Kühlmittelstrom zum Getriebeabschnitt 84 zu messen. Die Dosieröffnung 254 der Steuerblende 252 kann bemessen sein, um eine Durchflussrate bereitzustellen, die ausreicht, um eine gewünschte Betriebstemperatur in der Getriebebaugruppe 54 aufrechtzuerhalten. In einigen Beispielen kann die Steuerblende 252 eine Durchflussrate von etwa 0,5-3 L/min mit einem Durchmesser 256 von etwa 1-3 mm bereitstellen und in einem Beispiel eine Durchflussrate von etwa 1,5-2 L/min bereitstellen, wobei der Durchmesser 256 der Dosieröffnung 254 bei etwa 1,4-1,6 mm liegt. Die elektrische Maschine 52 weist außerdem eine erforderliche Kühlmitteldurchflussrate auf, die ausreicht, um eine gewünschte Betriebstemperatur darin aufrechtzuerhalten. Die Kühlung beider Komponenten (elektrische Maschine 52 und Getriebebaugruppe 54) wird daher erreicht, solange die Durchflussrate zum Kühlkreislauf 80 mindestens eine Summe der erforderlichen Durchflussraten für die elektrische Maschine 52 und die Getriebebaugruppe 54 ist. Daher stellt ein Kühlmitteleingang 144, der eine Durchflussrate von 10,5-15 L/min bereitstellt, eine ausreichende Kühlung bereit, falls die elektrische Maschine 52 einen Kühlmittelstrom von 10-12 L/min durch den elektrischen Maschinenabschnitt 82 erfordert und die Getriebebaugruppe einen Kühlmittelstrom von 0,5-3 L/min durch den Getriebeabschnitt 84 erfordert.
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Die Getriebebaugruppe 54 kann auch konfiguriert sein, um mit einer Reihe von elektrischen Maschinengrößen (z. B. Motoren, die durch Leistungsbewertungen in Kilowatt oder Leistung bemessen sind) montiert zu werden, was eine vereinfachte Herstellung der Antriebsbaugruppe 50 ermöglicht. Es wird davon ausgegangen, dass die elektrische Maschine 52 eine erste Leistungskapazität aufweist, die eine erste Kühlmitteldurchflussrate für eine ordnungsgemäße Kühlung erfordert, und durch verschiedene andere elektrische Maschinen ersetzt werden kann, zum Beispiel eine zweite elektrische Maschine (z. B. 52A, die schematisch in 1 dargestellt ist) mit einer zweiten Leistungskapazität, die eine zweite Kühlmitteldurchflussrate oder eine dritte elektrische Maschine (z. B. 52B, schematisch in 1) mit einer dritten Leistungskapazität, die eine dritte Kühlmitteldurchflussrate erfordert. Wenn eine beliebige dieser drei elektrischen Maschinen implementiert ist, ist die Steuerblende 252 des Trägers 76 konfiguriert, um die erforderliche Kühlmitteldurchflussrate für die Getriebebaugruppe 54 bereitzustellen. Die erste, zweite und dritte elektrische Maschine (52, 52A, 52B) können als verwandte Modelle oder Produktlinien mit einer Reihe von Leistungskapazitäten in ähnlichen Gesamtformfaktoren betrachtet werden. In bestimmten Beispielen kann die Steuerblende 252 konfiguriert sein, um den Kühlmittelstrom zur Getriebebaugruppe 54 auszugleichen, während sie mit einer ausgewählten elektrischen Maschine 52, 52A, 52B aus einer Gruppe von Modellen mit Größen montiert ist, einschließlich zum Beispiel von 100 kW, 120 kW, 140 kW, 160 kW, 180 kW oder 200 kW. Entsprechende erforderliche Kühlmitteldurchflussraten können beispielsweise im Bereich von 5-25 L/min liegen. Daher würde in einem weiten Sinne, wenn die elektrische Maschine 52, 52A, 52B aus dieser Gruppe von elektrischen Maschinen ausgewählt ist, die einen Kühlmittelstrom von 5-25 L/min durch den elektrischen Maschinenabschnitt 82 erfordern, und die Getriebebaugruppe 0,5-3 L/min durch den Getriebeabschnitt 84 erfordert, der Kühlmitteleingang 144 eine Durchflussrate von 5,5-28 L/min erfordern. In anderen Beispielen können die verwandten elektrischen Maschinen jeweils ein Motor in einem Leistungsbereich von 3-50 kW, 25-100 kW, 100-200 kW, 50-300 kW oder anderen ähnlichen Bereichen und Teilbereichen sein.
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Das Vorstehende beschreibt eine oder mehrere beispielhafte Antriebsbaugruppen im Detail. Verschiedene andere Konfigurationen sind innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung möglich, einschließlich des Einbaus zusätzlicher Komponenten in den kombinierten Kühlkreislauf, wie etwa der zusätzlichen elektrischen Maschine, die als Generator dient und die Steuerblende in einem anderen Teil der Getriebebaugruppe implementiert, der von dem Träger getrennt ist. Der Zahnradsatz kann als ein mehrstufiger Zahnradsatz mit mehreren Übersetzungsverhältnissen bereitgestellt sein, die durch eine Kupplung auswählbar sind. Darüber hinaus kann die Antriebsbaugruppe für eine Vielzahl von Anwendungen innerhalb eines gegebenen Arbeitsfahrzeugs separat von dem beispielhaften Pumpenantrieb implementiert sein. Die Antriebsbaugruppe kann auch in anderen Fahrzeugen, anderen Arbeitsfahrzeugen oder anderen industriellen Anwendungen implementiert sein. An Bord eines Arbeitsfahrzeugs kann die Antriebsbaugruppe verschiedene Stellen und Anwendungen haben, einschließlich getrennt vom Pumpenantrieb, einschließlich einer Antriebsbaugruppe, die eine Radachse antreibt. Die Antriebsbaugruppe kann auch hydraulische Systeme und Komponenten wie Lenkkomponenten, hydraulische Frontlader oder andere Arbeitsanbaugeräte ergänzen.
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AUFZÄHLUNG VON BEISPIELEN FÜR EINE ANTRIEBSBAUGRUPPE
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Außerdem werden die folgenden Beispiele bereitgestellt, die zur Vereinfachung der Bezugnahme nummeriert sind:
- 1. Eine Antriebsbaugruppe für ein Arbeitsfahrzeug, umfassend: eine Getriebebaugruppe mit einem Zahnradsatz, der zumindest teilweise in einem Getriebegehäuse enthalten ist und eine Steuerblende aufweist, die mit einem Getriebeabschnitt eines Kühlkreislaufs für die Antriebsbaugruppe in Verbindung steht, wobei sich der Getriebeabschnitt des Kühlkreislaufs zumindest teilweise in dem Getriebegehäuse befindet; und eine elektrische Maschine mit einem Mantel, der mit dem Getriebegehäuse gekoppelt ist, um fest daran montiert zu werden, wobei der Mantel eine Kühlmitteleinlassöffnung aufweist und einen elektrischen Maschinenabschnitt des Kühlkreislaufs für die Antriebsbaugruppe definiert, der sich zumindest teilweise in dem Mantel befindet; wobei ein gesteuerter Kühlmittelstrom von dem elektrischen Maschinenabschnitt des Kühlkreislaufs über die Steuerblende zu dem Getriebeabschnitt des Kühlkreislaufs übertragen wird.
- 2. Die Antriebsbaugruppe nach Beispiel 1, wobei die Steuerblende eine Dosieröffnung aufweist, die konfiguriert ist, um die Kühlmittelübertragung zu der Getriebebaugruppe zu messen.
- 3. Die Antriebsbaugruppe nach Beispiel 1, wobei der gesteuerte Kühlmittelstrom zwischen dem Getriebeabschnitt des Kühlkreislaufs und dem elektrischen Maschinenabschnitt des Kühlkreislaufs nur über die Steuerblende übertragen wird.
- 4. Die Antriebsbaugruppe nach Beispiel 3, wobei die elektrische Maschine aus einem von einer ersten Leistungskapazität, die eine erste Kühlmitteldurchflussrate erfordert, einer zweiten Leistungskapazität, die eine zweite Kühlmitteldurchflussrate erfordert, und einer dritten Leistungskapazität, die eine dritte Kühlmitteldurchflussrate erfordert, ausgewählt ist; und wobei die Steuerblende konfiguriert ist, um sowohl die erste Kühlmitteldurchflussrate als auch die zweite Kühlmitteldurchflussrate und die dritte Kühlmitteldurchflussrate bereitzustellen.
- 5. Die Antriebsbaugruppe nach Beispiel 1, wobei die Getriebebaugruppe eine Getriebekomponente mit der Steuerblende beinhaltet; und wobei die Getriebekomponente ein Schnittstellengehäuse bildet, das das Getriebegehäuse und den Mantel koppelt.
- 6. Die Antriebsbaugruppe nach Beispiel 5, wobei die Steuerblende ein bearbeitetes Teil ist, das einstückig in der Getriebekomponente ausgebildet ist.
- 7. Die Antriebsbaugruppe nach Beispiel 5, wobei der Zahnradsatz der Getriebebaugruppe ein Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem oder mehreren Planetenrädern und einem Hohlrad ist; und wobei die Zahnradkomponente ein Träger ist, der das eine oder die mehreren Planetenräder des Planetenradsatzes montiert.
- 8. Die Antriebsbaugruppe nach Beispiel 1, ferner umfassend einen Motor mit einer Motorwelle; und wobei der Zahnradsatz der Getriebebaugruppe ein Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem oder mehreren Planetenrädern und einem Hohlrad ist, das mit der Motorwelle eine Schnittstelle bildet.
- 9. Die Antriebsbaugruppe nach Beispiel 8, wobei die Antriebsbaugruppe konfiguriert ist, um einen Antriebsmodus zu bewirken, in dem Leistung in einer ersten Leistungsflussrichtung von der elektrischen Maschine zu der Getriebebaugruppe fließt, und konfiguriert ist, um einen Generatormodus zu bewirken, in dem Leistung in einer zweiten Leistungsflussrichtung von der Motorwelle zu der Getriebebaugruppe zu der elektrischen Maschine fließt.
- 10. Die Antriebsbaugruppe nach Beispiel 9, wobei die elektrische Maschine im Antriebsmodus eine Drehung einer Rotorwelle der elektrischen Maschine zu dem Sonnenrad, zu dem einen oder den mehreren Planetenrädern und zu dem Hohlrad hinaus antreibt, um eine mechanische Leistung zu einer anderen Komponente des Arbeitsfahrzeugs bereitzustellen; und wobei der Motor im Erzeugungsmodus eine Drehung der Motorwelle zu dem Hohlrad, zu dem einen oder den mehreren Planetenrädern und zu dem Sonnenrad hinaus zu der Rotorwelle der elektrischen Maschine antreibt, um elektrische Leistung zu erzeugen.
- 11. Die Antriebsbaugruppe nach Beispiel 1, wobei der elektrische Maschinenabschnitt des Kühlkreislaufs eine Kühlmittelauslassöffnung an einem axialen Ende des Mantels aufweist, wobei die Kühlmittelauslassöffnung in Fluidverbindung mit der Steuerblende steht, um den Kühlmittelstrom von dem elektrischen Maschinenabschnitt zu dem Getriebeabschnitt des Kühlkreislaufs zu übertragen.
- 12. Die Antriebsbaugruppe nach Beispiel 1, wobei der Mantel der elektrischen Maschine eine Einlassöffnung in dem Kühlkreislauf in der Nähe der Kühlmitteleinlassöffnung beinhaltet, wobei die Einlassöffnung eine Dosieröffnung aufweist, die konfiguriert ist, um einen Kühlmittelstrom zu dem Abschnitt der elektrischen Maschine des Kühlkreislaufs zu messen.
- 13. Die Antriebsbaugruppe nach Beispiel 1, wobei die elektrische Maschine einen Stator und einen Rotor beinhaltet, der zumindest teilweise innerhalb des Mantels enthalten ist, wobei der Rotor eine Rotorwelle aufweist, die relativ zum Stator um eine Antriebsachse drehbar ist und mit dem Zahnradsatz der Getriebebaugruppe in Verbindung steht; und wobei der elektrische Maschinenabschnitt des Kühlkreislaufs einen Rotorzuführkreis und einen Statorzuführkreis beinhaltet.
- 14. Die Antriebsbaugruppe nach Beispiel 13, wobei der Mantel der elektrischen Maschine Folgendes beinhaltet: eine Einlassblende in dem Kühlkreislauf in der Nähe des Kühlmitteleinlassöffnung, wobei die Einlassblende konfiguriert ist, um einen Kühlmittelstrom zu dem Statorzuführkreis zu messen, und einen ringförmigen Körper mit einer inneren Umfangsfläche in Kontakt mit einem Außenumfang des Stators; und wobei der Statorzuführkreis einen oder mehrere gewundene Kühlmittelkanäle definiert, die zumindest teilweise in der inneren Umfangsfläche vertieft sind und in denen das Kühlmittel über den Außenumfang des Stators geleitet wird.
- 15. In weiteren Ausführungsformen wird ein Arbeitsfahrzeug mit einem Motor und einer Motorwelle bereitgestellt, das eine Antriebsbaugruppe beinhaltet, die Folgendes beinhaltet: ein Antriebsbaugruppengehäuse zum Montieren der Antriebsbaugruppe und Zurückhalten eines Kühlmittelvolumens innerhalb der Antriebsbaugruppe, wobei das Antriebsbaugruppengehäuse ein Getriebegehäuse und einen Mantel beinhaltet, der mit dem Getriebegehäuse gekoppelt ist, um fest daran montiert zu werden; eine Getriebebaugruppe mit einem Zahnradsatz, der zumindest teilweise innerhalb des Getriebegehäuses enthalten ist und eine Steuerblende aufweist, die mit einem Getriebeabschnitt eines Kühlkreislaufs für die Antriebsbaugruppe in Verbindung steht, wobei sich der Getriebeabschnitt des Kühlkreislaufs zumindest teilweise innerhalb des Getriebegehäuses befindet; und eine elektrische Maschine, die zumindest teilweise innerhalb des Mantels enthalten ist, wobei der Mantel eine Kühlmitteleinlassöffnung aufweist und einen elektrischen Maschinenabschnitt des Kühlkreislaufs für die Antriebsbaugruppe definiert, der sich zumindest teilweise innerhalb des Mantels befindet; wobei ein gesteuerter Kühlmittelstrom von dem elektrischen Maschinenabschnitt des Kühlkreislaufs über die Steuerblende zu dem Getriebeabschnitt des Kühlkreislaufs übertragen wird.
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FAZIT
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Die vorstehend erörterten Beispiele ergeben eine Vielzahl von Vorteilen der offenbarten Antriebsbaugruppe. Beispielsweise ermöglicht die Antriebsbaugruppe eine einzelne Kühlmittelquelle mit verbesserten Kühleigenschaften sowohl in der elektrischen Maschine als auch im Getriebe sowie anderen Komponenten die der elektrischen Maschine nachgeschaltet sind (z. B. einem Generator). Die direkte Kühlmittelströmungsübertragung zwischen den Gehäusen diskreter Komponenten (elektrische Maschine und Getriebebaugruppe) stellt ein verbessertes und effizientes Kühlsystem bereit, das weniger Kühlmittel und einen kompakten Formfaktor erfordert. Der Kühlmittelstrom wird durch eine oder mehrere Blenden gesteuert, um das erforderliche Durchflussvolumen für jede Komponente in Reihe innerhalb eines einzigen Durchlaufs durch den Kühlkreislauf bereitzustellen (d. h. vor der Rückkehr zum Tank). Die Antriebsbaugruppe stellt auch eine leichte Konfigurierbarkeit für eine Reihe elektrischer Maschinen oder verschiedener zusammenpassender Komponenten in dem Arbeitsfahrzeug bereit.
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Die hierin verwendete Terminologie dient ausschließlich der Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und soll in keiner Weise einschränkend sein. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen beinhalten, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“ bei einer Verwendung in dieser Patentschrift das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten angeben, jedoch nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung eines bzw. einer oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
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Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung wurde zur Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt, soll aber nicht vollständig oder auf die Offenbarung in der offenbarten Form beschränkt sein. Viele Modifikationen und Variationen sind für Durchschnittsfachleute offensichtlich, ohne vom Umfang und Geist der Offenbarung abzuweichen. Die hierin ausdrücklich genannten Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Offenbarung und ihre praktische Anwendung am besten zu erklären und es anderen Durchschnittsfachleuten auf diesem Gebiet ermöglichen, die Offenbarung zu verstehen und viele Alternativen, Änderungen und Abweichungen von den beschriebenen Beispielen zu erkennen. Dementsprechend liegen verschiedene Ausführungsformen und Implementierungen als die explizit beschriebenen im Geltungsbereich der folgenden Ansprüche.
