DE10257256A1 - Antriebssystem mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine - Google Patents

Antriebssystem mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem mit einem Verbrennungsmotor (1) und einer elektrischen Maschine (2.1, 2.2), wobei die elektrische Maschine (2.1, 2.2) zwischen dem Verbrennungsmotor (1) und einem Getriebe (3) angeordnet ist, einem Rotor (2.1) der elektrischen Maschine (2.1, 2.2) antriebsseitig ein Verteilervolumen (5) zugeordnet ist, das Verteilervolumen (5) zur Belüftung mit einer Öffnung (6) in einem Motorgehäuse verbunden ist und in einem Getriebegehäuse (3) eine Öffnung (7) zur Entlüftung vorgesehen ist. Weiterhin kann dem Rotor (2.1) der elektrischen Maschine (2.1, 2.2) wenigstens ein Verteilelement (11) und dem Verteilervolumen (5) ein verstellbares Leitelement (12) zugeordnet sein.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine.
  • Es sind Antriebssysteme bekannt, die einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine, welche als Starter/Generator betreibbar ist, umfassen und bei denen die elektrische Maschine wassergekühlt ist. Für die Kühlwasserkühlung sind zusätzliche Bauelemente wie beispielsweise Kühlwasseranbindungen, Kühlkanäle, Kühlwasserleitungen und/oder Zusatzkühler notwendig. Durch diese Art der Kühlung kann es zu einer unerwünschten Wärmeabfuhr vom Verbrennungsmotor bzw. einer in einem Kraftfahrzeug vorgesehenen Heizung kommen.
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 40 20 176 A1 ist ein Verbrennungsmotor bekannt, der über ein Gebläserad mit einem Rotor einer elektrischen Maschine fest verbunden ist. Verbrennungsmotor und elektrische Maschine sind in einem Gehäuse angeordnet, dass Lüftungsrippen aufweist, über welche Kühlluft angesaugt wird. Diese Kühlluft wird durch das Gebläserad radial nach außen gedrückt und dabei zwischen einen Stator der elektrischen Maschine bzw. dessen Wandung und eine Abdeckhaube des Gehäuses gedrückt.
    •
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Antriebssystem mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine zu schaffen, bei welchem die elektrische Maschine luftgekühlt ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Antriebssystem mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
  • Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine, wobei die elektrische Maschine zwischen dem Verbrennungsmotor und einem Getriebe angeordnet ist. Einem Rotor der elektrischen Maschine ist antriebsseitig ein Verteilervolumen zugeordnet. Das Verteilervolumen kann beispielsweise durch den Einbauraum des Rotors gebildet sein. Das Verteilervolumen ist zur Belüftung mit einer Öffnung in einem Motorgehäuse verbunden. Erfindungsgemäß ist in einem Getriebegehäuse eine weitere Öffnung zur Entlüftung vorgesehen.
  • In besonders bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist dem Rotor der elektrischen Maschine wenigstens ein Verteilelement zur Verwirbelung der Kühlluft zugeordnet. Weiterhin kann dem Verteilervolumen ein verstellbares Leitelement zur Kühlleistungsoptimierung zugeordnet sein. Das verstellbare Leitelement ist vorzugsweise an dem Verteilelement angeordnet bzw. das Verteilelement umfasst vorzugsweise das verstellbare Leitelement.
  • Dadurch, dass eine Belüftungseinrichtung im Motorgehäuse und eine Entlüftungseinrichtung im Getriebegehäuse vorgesehen sind, kann eine Kühlluftzirkulation stattfinden. Die Öffnungen im Motor- bzw. im Getriebegehäuse und die ggf. mit diesen verbundenen Leitungen bewirken außerdem eine Erhöhung der Steifigkeit des jeweiligen Gehäuses.
  • Indem Kühlluft anstelle von Kühlwasser zur Kühlung der elektrischen Maschine eingesetzt wird, wird verhindert, dass die elektrische Maschine unnötig von Kühlwasser aufgeheizt wird. Es erfolgt keine unnötige Abfuhr von Wärme des Verbrennungsmotors. Die Wärme des Verbrennungsmotors kann daher gezielt für eine schnelle Erwärmung des Verbrennungsmotors bzw. einer beispielsweise in einem Kraftfahrzeug vorgesehenen Heizung verwendet werden. Zusätzliche Komponenten, welche für eine Kühlwasserkühlung vorgesehen werden müssten, wie beispielsweise Kühlwasseranbindungen, Kühlkanäle, Kühlleitungen und/oder Zusatzkühler, können entfallen. Dies führt zu einer Einsparung von Bauraum, Gewicht und Kosten.
    •
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den anhand der Zeichnung nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt eines Ausschnitts einer Zusammenbauzeichnung eines erfindungsgemäßen Antriebssystems in Verbindung mit einem Getriebe.
  • Das erfindungsgemäße Antriebssystem wird vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug bzw. in einem Verkehrsmittel eingesetzt.
  • Das Antriebssystem umfaßt einen Verbrennungsmotor 1 mit einer Kurbelwelle 13. Dem Verbrennungsmotor 1 ist ein Getriebe 3 zugeordnet. Der Verbrennungsmotor 1 ist in einem nicht näher bezeichneten Verbrennungsmotorgehäuse bzw. Motorgehäuse untergebracht. Das Motorgehäuse umfasst ein nicht näher bezeichnetes Kurbelwellengehäuse. Das Getriebe 3 ist einem nicht näher bezeichneten Getriebegehäuse untergebracht. Zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und dem Getriebe 3 ist eine elektrische Maschine 2.1, 2.2 angeordnet. Die elektrische Maschine ist vorzugsweise in einem sog. Zwischengehäuse 4 (auch Spacer genannt) angeordnet, welches abtriebsseitig mit dem Getriebegehäuse und antriebsseitig mit dem Motorgehäuse verbunden ist.
  • Die elektrische Maschine umfasst einen Stator 2.2 und einen Rotor 2.1. Der Rotor 2.1 kann als Innen- oder als Aussenläufer ausgeführt sein. In der einzigen Figur ist der Rotor beispielhaft als Aussenläufer 2.1 gestaltet. Der Rotor 2.1 ist vorzugsweise über ein nicht näher bezeichnetes Schwungrad mit der Kurbelwelle 13 verbunden. Alternativ kann der Rotor 2.1 als Aussenläufer über das nicht näher bezeichnete Schwungrad mit einer Welle verbunden sein, welche wiederum mit der Kurbelwelle 13 gekoppelt ist.
  • Die elektrische Maschine 2.1, 2.2 ist vorzugsweise als Motor/Generator bzw. Starter/Generator betreibbar und kann beispielsweise zum Starten und/oder zur Antriebsunterstützung des Verbrennungsmotors und zur Rekuperation von z. B. durch Bremsung zurückgewonnener Energie eingesetzt werden.
  • Dem Rotor 2.1 ist vorzugsweise antriebsseitig ein Verteilervolumen 5 zugeordnet. Selbstverständlich ist auch eine abtriebsseitige Zuordnung des Verteilervolumens 5 realisierbar. Zur Belüftung ist das Verteilervolumen 5 mit einer Öffnung 6 in dem Motorgehäuse verbunden. Das Verteilergehäuse 5 kann über eine Leitung 7, welche vorzugsweise eine doppelte Wandung aufweist, mit der Öffnung 6 verbunden sein.
  • Das nicht näher bezeichnete Getriebegehäuse weist eine Öffnung 8 zur Entlüftung auf. Die Kühlluftaustrittsöffnung 8 ist vorzugsweise mit einer Leitung bzw. einem Ringkanal 9 verbunden, welcher in Richtung Fahrzeug- bzw. Verkehrsmittelboden bzw. in Richtung der Schwerkraft abfällt und an seinem Ende einen Wasser- bzw. Flüssigkeitsablauf 10 aufweist. Die Leitung 9 weist vorzugsweise eine doppelte Wandung auf.
  • Die Profilöffnungen 6 und 8 im Motor bzw. Getriebegehäuse weisen vorzugsweise einen relativ großen Radius auf, um eine hohe Einströmung zu garantieren. Die Radien sind unter anderem abhängig vom vorhandenen Bauraum und von den Steifigkeitsanforderungen an die jeweiligen Gehäuse.
  • Das Verteilervolumen 5 ist vorzugsweise derart ausgeführt, dass es sich in Richtung der Öffnung 6 am Motorgehäuse ähnlich einer Kegelform verjüngt.
  • Dem Rotor 2.1 ist vorzugsweise wenigstens ein Verteilelement 11 zugeordnet, welches der Verwirbelung von Kühlluft dient. Das Verteilelement 11 ist vorzugsweise in axialer Richtung an dem Rotor 2.1 angeordnet und ragt in das Verteilervolumen 5 hinein. Alternativ oder zusätlich kann ein weiteres Verteilelement auf der gegenüberliegenden Seite des Rotors 2.1 in axialer Richtung angeordnet sein. Vorteilhafterweise sind mehrere Verteilelemente 11 auf den Stirnseiten des Rotors 2.1 angeordnet. Diese Verteilelemente 11 sind vorzugsweise gleich voneinander und/oder gleich von einer Drehachse des Rotors 2.1 beabstandet. Die Verteilelemente 11 sind vorzugsweise in radialer Richtung möglichst weit von der Drehachse des Rotors 2.1 beabstandet angeordnet. Das Verteilelement bzw. die Verteilelemente 11 können beispielsweise als Lüfterrad ausgeführt sein, wobei das Lüfterrad vorzugsweise an dem Rotor 2.1 angeordnet ist.
  • Dem Verteilervolumen 5 kann ein verstellbares Leitelement 12 zugeordnet sein. Das Leitelement 12 ist vorzugsweise einem nicht näher bezeichneten Kühllufteinlass des Verteilervolumens 5 zugeordnet. Durch das verstellbare Leitelement 12 kann die Geometrie des nicht näher bezeichneten Kühlers der elektrischen Maschine 2.1, 2.2 variiert werden, wobei der Kühler das Verteilervolumen 5, die Öffnungen 6, 8 und ggf. die Leitungen 7, 9 umfasst, und somit die Kühlleistung eingestellt und optimiert werden.
  • Das Leitelement 12 kann beispielsweise über eine nicht dargestellte Steuereinheit, welche beispielsweise dem Verbrennungsmotor 1 und/oder dem Getriebe 3 und/oder einem nicht dargestellten Verkehrsmittel zugeordnet ist, ansteuerbar sein. Die Ansteuerung ist hierbei vorzugsweise von einer Temperatur der elektrischen Maschine 2.1, 2.2 bzw. einer Temperatur des Rotors 2.1 abhängig.
  • Die Form und/oder Position des verstellbaren Leitelementes 12 weist vorzugsweise eine Temperaturabhängigkeit auf. Form und/oder Stellung, insbesondere Winkelstellung bzw. ein Einstellwinkel des Leitelementes 12, können sich bei einer Temperaturänderung verändern. So nimmt das Leitelement 12 bei einem Ansteigen der Rotortemperatur eine Stellung ein, bei der mehr Kühlluft in das Verteilervolumen 5 strömen kann und somit eine verbesserte Kühlung des Rotors 2.1. bzw. der elektrischen Maschine 2.1, 2.2 erfolgen kann. Vorzugsweise umfasst das Leitelement 12 hierzu ein Bi-Metall bzw. Komponenten aus Bi-Metall.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann das Verteilelement 11 ein verstellbares Leitelement 12 umfassen. Das Leitelement 12 kann insbesondere durch das Verteilelement 11 gebildet sein. Beispielsweise kann ein als Lüfterrad ausgebildetes Verteilelement 11 vorzugsweise als Schaufeln ausgebildete Leitelemente 12 umfassen, welche bevorzugterweise ein Bi-Metall umfassen bzw. aus Bi-Metall gebildet sind.

Claims (10)

  1. Antriebssystem mit einem Verbrennungsmotor (1) und einer elektrischen Maschine (2.1, 2.2), wobei – die elektrische Maschine (2.1, 2.2) zwischen dem Verbrennungsmotor (1) und einem Getriebe (3) angeordnet ist, – einem Rotor (2.1) der elektrischen Maschine (2.1, 2.2) antriebsseitig ein Verteilervolumen (5) zugeordnet ist, und – das Verteilervolumen (5) zur Belüftung mit einer Öffnung (6) in einem Motorgehäuse verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Getriebegehäuse eine Öffnung (8) zur Entlüftung vorgesehen ist.
  2. Antriebssystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (6) am Motorgehäuse und/oder die Öffnung (8) am Getriebegehäuse mit je einer Leitung (7, 9) verbunden ist.
  3. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Verteilervolumen (5) in Richtung der Öffnung am Motorgehäuse kegelähnlich verjüngt.
  4. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Rotor (2.1) wenigstens ein Verteilelement (11) zur Verwirbelung zugeordnet ist.
  5. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verteilervolumen (5) ein verstellbares Leitelement (12) zugeordnet ist.
  6. Antriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das verstellbare Leitelement (12) an dem Verteilelement (11) angeordnet ist bzw. dass das Verteilelement (11) das verstellbare Leitelement (12) umfasst.
  7. Antriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Form und/oder Position des verstellbaren Leitelementes (12) eine Temperaturabhängigkeit aufweist.
  8. Antriebssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das verstellbare Leitelement (12) ein Bi-Metall umfasst.
  9. Antriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, über welches das vorstellbare Leitelement (12) ansteuerbar ist.
  10. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (2.1, 2.2) als Starter/Generator betreibbar ist.
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