DE112020005417T5

DE112020005417T5 - Antriebsmodul mit verbesserter Effizienz

Info

Publication number: DE112020005417T5
Application number: DE112020005417.9T
Authority: DE
Inventors: Michael D. Bradfield
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2019-11-02
Filing date: 2020-10-21
Publication date: 2022-10-06
Also published as: CN114556752A; WO2021086694A1; US20210129660A1

Abstract

Beschrieben wird ein Antriebsmodul (20) für ein Fahrzeug (10), mit einer elektrischen Maschine (24), einem Spannungsquellenwechselrichter (22), einer Getriebeanordnung (26) und einem Kühlsystem. Ein erstes Gehäuseteil (50), das thermisch an den Wechselrichter gekoppelt ist, hat einen ersten Satz Wärmeaustauschflächen (52) aufweist, ein zweites Gehäuseteil (40), das thermisch an die elektrische Maschine gekoppelt ist, hat einen zweiten Satz Wärmeaustauschflächen (42). Der erste und der zweite Satz Wärmeaustauschflächen ragen jeweils in einen Innenraum (44) hinein, der durch ein von außen eingeleitetes flüssiges Kühlmittel gekühlt wird und so einen Wärmeaustauscher bildet. Ein unterer Ölsumpf (54) zum Sammeln des zum Kühlen der elektrischen Maschine verwendeten Öls kann ebenfalls Wärmeaustauschflächen (56) aufweisen, die in denselben Wärmeaustauscher hineinragen. Das Getriebe kann einen erhöhten Ölsumpf (84) aufweisen, der von der selben Ölpumpe gespeist wird, die Öl durch die elektrische Maschine zirkulieren lässt, wobei der erhöhte Ölsumpf schwerkraftbedingt Öl ausgewählten Oberflächen in dem Getriebe zuführt. Eine Solenoid aktivierte Ventilbaugruppe (78) kann mit einer Ölpumpe variabler Leistung eingesetzt werden, um Öl unabhängig auf Leitungen zu zwei verschiedene Vorrichtungen zu verteilen.

Description

Bezugnahme auf verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Anmeldung Nr. 62/929,844 , die am 02.11.2019 mit dem Titel „Vehicle power drive module with integrated liquid to liquid heat exchanger“ eingereicht wurde, sowie der provisorischen US-Anmeldung Nr. 62/930,028 , die am 04.11.2019 mit dem Titel „Drive module with improved efficiency“ eingereicht wurde. Die gesamte Offenbarung dieser Patentanmeldungen wird hiermit durch Bezugnahme aufgenommen.
Hintergrund
Elektro- und Hybridfahrzeuge nutzen zunehmend Module, die eine elektrische Maschine, einen Wechselrichter und ein Getriebe aufweisen. Solche Module können in Betrieb erhebliche Wärme erzeugen und Verbesserungen hinsichtlich der Kühlung solcher Module sind wünschenswert.
Kurzfassung
Die vorliegende Anmeldung offenbart ein thermisches System für eine integrierte elektrische Maschine, einen Wechselrichter und ein Getriebemodul für ein Elektrofahrzeug. Das System nutzt eine äußere Kühlflüssigkeit und eine innere Kühlflüssigkeit. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die äußere Kühlflüssigkeit ein Wasser-Ethylen-Glykol-Kühlmittel (WEG), wie etwa ein herkömmliches Kühlmittel, das in einem Verbrennungsfahrzeug eingesetzt wird und im Allgemeinen als „antifreeze“ bezeichnet wird. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die innere Kühlflüssigkeit ein Öl, das sowohl die elektrische Maschine, die Getriebebaugruppe als auch die Lager kühlt, welche die elektrische Maschine und die Getriebebaugruppe tragen.
Die Erfindung betrifft in einer ihrer Ausgestaltungen ein Antriebsmodul für ein Fahrzeug, wobei das Modul eine elektrische Maschine, einen Spannungsquellenwechselrichter, der betriebsfähig an die elektrische Maschine angeschlossen ist, und ein Kühlsystem für das Modul enthält. Das Kühlsystem enthält ein erstes Gehäuseteil, das thermisch mit dem Wechselrichter gekoppelt ist und einen ersten Satz von Wärmeaustauschflächen aufweist, ein zweites Gehäuseteil, das thermisch mit der elektrischen Maschine gekoppelt ist und einen zweiten Satz von Wärmeaustauschflächen aufweist, wobei der erste und der zweite Satz Wärmeaustauschflächen jeweils in einen Innenraum vorsteht, so dass ein in den Innenraum eingeführtes flüssiges Kühlmittel Wärme sowohl von dem ersten als auch dem zweiten Satz von Wärmeaustauschflächen abführt.
Bei manchen Ausführungsformen enthält das Antriebsmodul zusätzlich eine Ölpumpe, die ein Öl zum Kühlen der elektrischen Maschine zirkulieren lässt, wobei sich das Öl in einem schwerkraftgespeisten unteren Ölsumpf sammelt, aus dem die Ölpumpe gespeist wird, und ein drittes Gehäuseteil, das eine Wand des unteren Ölsumpfs bildet und thermisch mit dem im Ölsumpf gesammelten Öl gekoppelt ist, wobei das dritte Gehäuseteil zudem einen dritten Satz Wärmeaustauschflächen aufweist, die in den Innenraum hineinragen, durch den das flüssige Kühlmittel zirkuliert.
Bei manchen Ausführungsformen, die eine Ölpumpe enthalten, kann das dritte Gehäuseteil zusätzlich einen vierten Satz Wärmeaustauschflächen aufweisen, die in den unteren Ölsumpf hineinragen. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel können der dritte und der vierte Satz Wärmeaustauschflächen sich gegenüberliegend angeordnet sein und in entgegengesetzte Richtungen vorstehen.
Bei manchen Ausführungsformen, die eine Ölpumpe enthalten, kann die Ölpumpe Öl um einen Statorkern der elektrischen Maschine zirkulieren lassen und die äußere radiale Oberfläche des Statorkerns kann Wärmeabgaberippen aufweisen.
Bei manchen Ausführungsformen, die eine Ölpumpe enthalten, kann das Antriebsmodul zudem an die Getriebebaugruppe, die betriebsfähig mit der elektrischen Maschine gekoppelt ist, und einen oberen Ölsumpf, bei dem die Ölpumpe den oberen Ölsumpf mit Öl versorgt und das Öl von dem oberen Ölsumpf durch Schwerkraft in die Getriebebaugruppe gespeist wird, aufweisen. Bei einer solchen Ausführungsform kann die Ölpumpe eine Ölpumpe mit variabler Leistung sein, wobei die Ölpumpe betriebsfähig mit wenigstens einem Solenoid betriebenen Ventil gekoppelt ist und das wenigstens eine Solenoid betriebene Ventil den relativen Anteil des von der Ölpumpe an die elektrische Maschine und den oberen Ölsumpf gelieferten Öls anpasst. Bei manchen Ausführungsformen hat der obere Ölsumpf eine oder mehrere Öffnungen, durch die Öl durch Schwerkraft an ausgewählte Oberflächen der Getriebebaugruppe abgegeben wird. Die ausgewählten Oberflächen können Flächen enthalten, die auf Zahnrädern und Lagern angeordnet sind. Das wenigstens eine Gehäuseteil kann auch eine Ölrinne bilden, um Öl von dem oberen Ölsumpf zu einer der ausgewählten Oberflächen zu leiten.
Bei manchen Ausführungsformen des Antriebsmoduls bilden die Gehäuseteile, die eine Außengrenze des Innenraums zur Aufnahme der Kühlflüssigkeit definieren, eine Außengrenze, welche die Form eines Parallelepipeds hat, und die Gehäuseteile, die den Innenraum zur Aufnahme der Kühlflüssigkeit definieren und thermisch mit der elektrischen Maschine gekoppelt sind, bilden eine innere Begrenzung des Innenraums, der eine zylindrische Form hat, wobei der erste, zweite und dritte Satz von Wärmeaustauschflächen jeweils Kühlrippen aufweist, die in den Innenraum vorstehen. Die Kühlrippen, die in den Innenraum vorstehen, definieren dabei einen Kühlmittelströmungspfad, und der Kühlmittelströmungspfad hat unterschiedliche Abmessungen, aber eine konstante Querschnittsfläche in einer Ebene senkrecht zur Richtung der Strömung durch den Strömungspfad definiert.
Die Erfindung betrifft in einer anderen Ausgestaltung eine ölgekühlte Baugruppe mit wenigstens einem wärmeerzeugenden Teil, einer Ölpumpe, wobei die Ölpumpe zum Kühlen des wärmeabgebenden Teils ein Öl zirkulieren lässt, sich das Öl schwerkraftbedingt in einem unteren Ölsumpf sammelt und der untere Ölsumpf Öl an eine Pumpe abgibt, einer Kühlbaugruppe, wobei ein flüssiges Kühlmittel durch einen Innenraum der Kühlbaugruppe zirkuliert, um Wärme von einem thermisch mit dem Wärmeerzeugenden Teil gekoppelten Gehäuseteil abzuführen, und der untere Ölsumpf teilweise durch ein Sumpfgehäuseteil definiert ist, das thermisch an das Öl gekoppelt ist, das sich in dem unteren Ölsumpf sammelt, wobei das Sumpfgehäuseteil einen ersten Satz von Wärmeaustauschflächen aufweist, die in den Innenraum hineinragen, durch den das flüssige Kühlmittel strömt, wodurch das flüssige Kühlmittel Wärme von dem Sumpfgehäuseteil abführt.
Bei manchen Ausführungsformen enthält das Sumpfgehäuseteil einen zweiten Satz Wärmeaustauschflächen, die in das Öl hineinragen, das sich in dem unteren Ölsumpf sammelt, um dadurch das Sumpfgehäuseteil thermisch an das Öl zu koppeln.
Bei manchen Ausführungsformen ist das wärmeerzeugende Teil eine elektrische Maschine.
Bei manchen Ausführungsformen ist die ölgekühlte Baugruppe dafür ausgelegt, Öl an einen zweiten Einsatzbereich abzugeben, wobei die Ölpumpe eine Ölpumpe variabler Leistung ist und die ölgekühlte Baugruppe zudem eine Solenoid aktivierte Ventilbaugruppe, die zwischen der Ölpumpe und dem wärmeerzeugenden Teil und dem zweiten Einsatzbereich angeordnet ist, enthält, wobei von der Pumpe abgegebenes Öl durch die Solenoid aktivierte Ventilbaugruppe aufgeteilt wird und der aufgeteilte Fluss von einer ersten Ölabgabeleitung, um das wärmeerzeugende Teil mit Öl zu versorgen, und von einer zweite Ölabgabeleitung geleitet wird, um den zweiten Einsatzbereich mit Öl zu versorgen, und wobei die Solenoid aktivierte Ventilbaugruppe zudem wenigstens ein Solenoid aktiviertes Ventil enthält, das einstellbar das von der Pumpe abgegebene Öl auf die erste und die zweite Abgabeleitung verteilt.
Bei einer solchen Ausführungsform kann das wärmeerzeugende Teil die Form einer elektrischen Maschine haben und zudem eine Getriebeanordnung enthalten, die antriebfähig an die elektrische Maschine gekoppelt ist, wobei die Getriebeanordnung der zweite Einsatzbereich ist.
Bei manchen Ausführungsformen umfasst das wenigstens eine Solenoid aktivierte Ventil ein erstes Solenoid aktiviertes Ventil, das in der ersten Abgabeleitung angeordnet ist, und ein zweites Solenoid aktiviertes Ventil, das in der zweiten Abgabeleitung angeordnet ist. Bei anderen Ausgestaltungen kann das wenigstens eine Solenoid aktivierte Ventil aus nur einem einzigen Solenoid aktivierten Ventil bestehen.
Bei den Ausgestaltungen, die eine Getriebeanordnung enthalten, kann die Getriebeanordnung in einer Getriebemontage angeordnet sein, wobei die Getriebemontage einen oberen Ölsumpf enthält und die zweite Abgabeleitung Öl an den oberen Ölsumpf abgibt und der obere Ölsumpf eine oder mehrere Öffnungen aufweist, durch die Öl mittels Schwerkraft an ausgewählte Flächen in der Getriebemontage abgegeben wird. Bei manchen Ausgestaltungen sind die ausgewählten Flächen auf Zahnrädern und Lagern angeordnet und wenigstens ein Gehäuseteil der Getriebebaugruppe bildet eine Ölrinne, um Öl von dem oberen Ölsumpf auf eine der ausgewählten Flächen zu leiten.
Die Erfindung betrifft in einer anderen Ausgestaltung eine Getriebemontage, die eine Getriebeanordnung mit wenigstens zwei Zahnrädern und einer drehbaren Welle, die von einem Lager gestützt ist, und einen oberen Ölsumpf enthält, wobei eine Ölpumpe Öl in den oberen Ölsumpf abgibt und der obere Ölsumpf eine oder mehrere Öffnungen aufweist, durch die Öl schwerkraftbedingt an ausgewählte Flächen der Getriebeanordnung abgegeben wird.
Bei manchen Ausgestaltungen enthalten die ausgewählten Oberflächen Flächen, die auf Getriebeteilen und dem Lager angeordnet sind und wenigstens ein Gehäuseteil des Getriebes bildet eine Ölrinne, um Öl von dem oberen Ölsumpf auf eine der ausgewählten Flächen zu leiten.
Bei manchen Ausgestaltungen ist die Baugruppe dafür ausgelegt, einen zweiten Einsatzbereich mit Öl zu versorgen, das von der Ölpumpe abgegeben wird. Die Ölpumpe ist dabei eine Ölpumpe variabler Leistung, die von einem unteren Ölsumpf gespeist wird, der Öl schwerkraftbedingt sowohl von der Getriebemontage als auch dem zweiten Einsatzbereich sammelt, und die Getriebemontage enthält zudem eine Solenoid aktivierte Ventilbaugruppe, die zwischen der Ölpumpe und dem oberen Ölsumpf und dem zweiten Gehäuse angeordnet ist, wobei von der Pumpe abgegebenes Öl von der Solenoid aktivierten Baugruppe aufgeteilt wird und der aufgeteilte Fluss durch eine erste Ölabgabeleitung geleitet wird, um den oberen Ölsumpf mit Öl zu versorgen, und durch eine zweite Abgabeleitung, um das zweite Gehäuse mit Öl zu versorgen. Die Solenoid aktivierte Ventilbaugruppe enthält zudem wenigstens ein Solenoid aktiviertes Ventil, das einstellbar das von der Pumpe abgegebene Öl auf die erste und die zweite Abgabeleitung verteilt.
Die Erfindung betrifft in noch einer anderen Ausgestaltung eine Ölpumpenbaugruppe zum einstellbaren Versorgen von zwei unterschiedlichen Einsatzbereichen. Die Baugruppe enthält dabei eine Ölpumpe variabler Kapazität, um Öl einem ersten Einsatzbereich und einem zweiten Einsatzbereich zu zuführen, und eine Solenoid aktivierte Ventilbaugruppe, die zwischen der Ölpumpe und dem ersten und dem zweiten Einsatzbereich angeordnet ist, wobei von der Ölpumpe abgegebenes Öl durch die Solenoid aktivierte Ventilbaugruppe aufgeteilt wird und der aufgeteilte Fluss durch eine erste Ölabgabeleitung geleitet wird, um den ersten Einsatzbereich mit Öl zu versorgen, und durch eine zweite Abgabeleitung, um den zweite Einsatzbereich mit Öl zu versorgen, und wobei die Solenoid aktivierte Ventilbaugruppe zudem wenigstens ein Solenoid aktiviertes Ventil enthält, das einstellbar das von der Pumpe abgegebene Öl auf die erste und die zweite Abgabeleitung aufteilt.
Bei manchen Ausgestaltungen der Ölpumpenbaugruppe umfasst das wenigstens eine Solenoid aktivierte Ventil ein erstes Solenoid aktiviertes Ventil, das in der ersten Abgabeleitung angeordnet ist, und ein zweites Solenoid aktiviertes Ventil, das in der zweiten Abgabeleitung angeordnet ist. Bei anderen Ausgestaltungen der Ölpumpenbaugruppe besteht das wenigstens eine Solenoid aktivierte Ventil nur aus einem einzigen Solenoid aktivierten Ventil.
Bei manchen Ausgestaltungen enthält die Ölpumpenbaugruppe zudem eine Steuerschaltung, die den Betrieb der Ölpumpe steuert, um die Abgaberate der Pumpe einzustellen, und den Betrieb der Solenoid aktivierten Ventilbaugruppe steuert, um die relativen Ölmengen einzustellen, die von der ersten und der zweiten Abgabeleitung abgegeben werden, um dadurch unabhängig die Strömungsrate des Öls in der ersten und der zweiten Abgabeleitung einzustellen.
Figurenliste
Die Patentakte oder Anmeldungsakte enthält wenigstens eine in Farbe ausgeführte Zeichnung. Kopien dieses Patents oder der veröffentlichten Patentanmeldung mit Farbzeichnung(en) werden durch das Amt auf Antrag und Zahlung der erforderlichen Gebühr zur Verfügung gestellt.
Die vorstehend genannten und andere Merkmale dieser Erfindung sowie die Möglichkeit zu ihrer Verwirklichung werden durch Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen besser ersichtlich und die Erfindung lässt sich besser verstehen. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines Leistungsantriebsmoduls,
2 eine weitere perspektivische Ansicht eines Leistungsantriebsmoduls,
3 eine schematische Querschnittansicht des Leistungsantriebsmoduls,
4 eine perspektivische Ansicht eines Gehäuseteils, das einen unteren Ölsumpf bildet,
5 eine seitliche Ansicht der elektrischen Maschine, die einen gerippten Statorkern hat,
6 eine teilweise schematische Ansicht der Getriebemontage und der Ölpumpenbaugruppe,
7 eine Draufsicht des Leistungsantriebsmoduls,
8 eine Seitenansicht des Leistungsantriebsmoduls,
9 eine Endansicht des Leistungsantriebsmoduls,
10 eine Querschnittansicht des Leistungsantriebsmoduls
11 eine weitere schematische Querschnittansicht des Leistungsantriebsmoduls,
12 eine weitere schematische Querschnittansicht des Leistungsantriebsmoduls,
13 eine perspektivische Ansicht des Wechselrichters und der Wechselrichterbasisplatte
14 eine perspektivische Ansicht der Wechselrichterbasisplatte und der Phasenanschlüsse des Stators, die an den Wechselrichter angeschlossen sind,
15 eine Endansicht der Wechselrichterbasisplatte und der Phasenanschlüsse des Stators,
16 eine perspektivische Ansicht des Gehäuses der elektrischen Maschine bei abgenommener Wechselrichterplatte,
17 eine perspektivische Ansicht der Getriebe- und Ölpumpenbaugruppe,
18 eine weitere perspektivische Ansicht der Getriebe und Ölpumpenbaugruppe,
19 eine weitere perspektivische Ansicht der Getriebe- und Ölpumpenbaugruppe, die eine in dem Gehäuse ausgebildete Rinne zeigt, die Öl von einem druckfreien oberen Ölsumpf auf ein Lager leitet,
20 eine Draufsicht des Getriebes, die Öffnungen in den oberen Ölsumpf zum Leiten von Öl auf ausgewählte Flächen in dem Getriebe zeigt, 21 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Gehäuses der elektrischen Maschine und der Getriebemontage,
22 eine perspektivische Ansicht des Stators der elektrischen Maschine, die das Muster der Ölzirkulation zeigt,
23 eine Seitenansicht des Stators der elektrischen Maschine, die das Muster der Ölzirkulation zeigt,
24 eine perspektivische Ansicht des Gehäuses der elektrischen Maschine,
25 eine Endansicht des Gehäuses der elektrischen Maschine,
26 eine Querschnittansicht des Gehäuses der elektrischen Maschine,
27 eine perspektivische Ansicht, die das Ölvolumen zeigt, wenn die Ölpumpe nicht in Betrieb ist,
28 eine weitere perspektivische Ansicht, die das Ölvolumen zeigt, wenn die Ölpumpe nicht in Betrieb ist,
29 eine Seitenansicht, die das Ölvolumen zeigt, wenn die Ölpumpe nicht in Betrieb ist,
30 eine perspektivische Ansicht, die das Ölvolumen bei arbeitender Ölpumpe zeigt,
31 eine perspektivische Ansicht, die das WEG Kühlmittelvolumen in dem Gehäuse der elektrischen Maschine zeigt,
32 eine perspektivische Ansicht, die das WEG Kühlmittelvolumen in dem Gehäuse der elektrischen Maschine zeigt,
33 eine perspektivische Ansicht, die den Fluss des WEG Kühlmittels veranschaulicht,
34 eine perspektivische Ansicht, die den Fluss des Öls um den Stator der elektrischen Maschine herum veranschaulicht,
35 eine Draufsicht, die den Fluss des WEG Kühlmittels veranschaulicht,
36 eine schematische Endansicht des WEG Kühlmittelvolumens,
37 eine teilweise Seitenansicht des Moduls,
38 eine Querschnittansicht, die nur als WEG Kühlmittelvolumen entlang der in 37 angedeuteten Schnittlinie zeigt,
39 eine Querschnittansicht des Moduls entlang der in 37 angedeuteten Schnittansicht,
40 eine Vorderansicht des Gehäuses der elektrischen Maschine,
41 eine Seitenansicht im Zentrum, Vorder- und Rückansichten, eine Draufsicht und eine Sicht von unten des Gehäuses der elektrischen Maschine,
42 eine perspektivische Rückansicht des Gehäuses der elektrischen Maschine,
43 eine perspektivische Ansicht des Getriebegehäuses und eine Detailansicht des oberen Ölsumpfs,
44 eine perspektivische Ansicht, welche die Volumen zum Zirkulieren des WEG Kühlmittels und des Öls zeigt,
45 eine weitere perspektivische Ansicht, welche die Volumen zum Zirkulieren des WEG Kühlmittels und des Öls zeigt,
46 eine perspektivische Ansicht, die das Volumen zeigt, durch welches das Öl strömt,
47 eine perspektivische Ansicht, die das von dem WEG Kühlmittel eingenommene Volumen zeigt,
48 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausgestaltung, die eine elektrische Maschine und einen Wechselrichter aber kein integrales Getriebe aufweist,
49 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausgestaltung, die einen unteren Ölsumpf mit Wärmeaustauscheigenschaften nutzt,
50 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausgestaltung, die ein Getriebe mit einem unteren Sumpf nutzt,
51 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das ein Leistungsantriebsmodul nutzt,
52 ein schematisches Diagramm eines Ölzirkulationssystems,
53 eine schematische Darstellung eines alternativen Ölzirkulationssystems,
54 ein schematisches Diagramm der elektrischen Maschine und des Wechselrichters.

Übereinstimmende Bezugszeichen bezeichnen in den verschiedenen Ansichten einander entsprechende Teile. Obwohl die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele verschiedene Ausführungsformen der Erfindung in einer Ausgestaltungen veranschaulichen, sollen die nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht erschöpfend sein oder den Schutzumfang der Erfindung auf die genau dargestellten Ausführungsformen beschränken.
Detaillierte Beschreibung
Der WEG-zu-Ölwärmetauscher wird durch das Gehäuse der elektrischen Maschine gebildet, um dadurch die thermische Effizienz des Systems zu verbessern und Kosten zu reduzieren. Das Getriebe weist einen neuartigen oberen Ölsumpf auf, der selektiv Öl an die Lager und Zahnräder abgibt. Dieser Ansatz reduziert die zur Verteilung des Öls in dem Gehäuse erforderliche Energiemenge im Vergleich zum herkömmlichen Verspritzen von Öl in dem gesamten Gehäuse, indem Öl von den Zahnrädern geschleudert wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel wird die interne Zirkulation des kühlenden Öls durch eine elektrische Pumpe angetrieben, die eine variable Geschwindigkeit und einen variablen Tastgrad aufweist, um Strömungsraten an den Bedarf an Kühlflüssigkeit anzupassen, und so die Systemeffizienz durch Minimieren von Pumpenverlusten zu verbessern.
Das Öl wird verwendet, um sowohl die Zahnräder als auch die elektrische Maschine zu kühlen, und Verluste sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weiter reduziert, indem eine Solenoid gesteuertes Ventil eingesetzt wird, um den Ölflusses von der Pumpe zu der elektrischen Maschine auf der Grundlage des Bedarfs an kühlendem Öl zu drosseln.
Das Ausführungsbeispiel hat mehrere nützliche Eigenschaften. Beispielsweise ragen bei dem Ausführungsbeispiel die an den Wechselrichter und die elektrische Maschine gekoppelten Wärmeaustauschflächen beide in denselben Raum hinein, so dass externe WEG Kühlflüssigkeit gleichzeitig sowohl die elektrische Maschine als auch den Wechselrichter kühlt. Bei dem Ausführungsbeispiel ragt ein erster Satz Kühlrippen, die Wärme von dem Wechselrichter abführen, in ein Kühlmittelvolumen und ein zweiter Satz von Rippen, die Wärme von der elektrischen Maschine abführen, ragt in dasselbe Kühlmittelvolumen hinein, wobei die ersten zweiten Kühlrippen zusammen den Kühlmitteldurchgang definieren und in dem Kühlmittelvolumen alternierend angeordnet sind, um den Durchgang zu definieren.
Wenn ein WEG Kühlmittel eingesetzt wird, um in herkömmlicher Weise einen Wechselrichter und eine elektrische Maschine zu kühlen, kühlt das WEG Kühlmittel zunächst den Wechselrichter und danach die elektrische Maschine, wobei das WEG Kühlmittel zuerst zu dem und durch das Kühlsystem des Wechselrichters strömt und dann nach dem Austritt aus dem Wechselrichtersystem zu dem und durch das Kühlsystem der elektrischen Maschine strömt.
In dem Ausführungsbeispiel wird das WEG Kühlmittel auch verwendet, um das innere Öl zu kühlen, das sowohl zum Kühlen und Schmieren der elektrischen Maschine und der Getriebeanordnung eingesetzt wird.
Diese kühlenden Einrichtungen, die zum Kühlen der elektrischen Maschine und der Getriebebaugruppe direkt von dem WEG Kühlmittel kontaktiert werden, werden durch das gegossene Gehäuse und den unteren Ölsumpf der elektrischen Maschine gebildet. Das gegossene Gehäuse und der Ölsumpf kontaktieren das Öl direkt an einer Fläche, die der von dem WEG Kühlmittel kontaktierten Fläche gegenüberliegt. Diese Anordnung verbessert die thermische Effizienz, indem der thermische Gradient reduziert wird, der erforderlich ist, um Wärme von dem Öl auf die WEG Kühlflüssigkeit zu übertragen.
Indem diese Wärmeaustauschfunktion direkt in das gegossene Aluminiumgehäuse des Ausführungsbeispiels integriert wird und das Öl in dem unteren Ölsumpf direkt gekühlt wird, wird zudem die Notwendigkeit eines separaten und teuren extern an dem Antriebsmodul montierten WEG zu Öl Wärmeaustauschers eliminiert. Außerdem sind diese Einrichtungen des Ausführungsbeispiels nicht nur einzeln vorteilhaft, sondern arbeiten zusammen, um ein energieeffizientes, jedoch leistungsdichtes und kostengünstiges thermisches Design für das gesamte Modul zu schaffen.
Herkömmlich ist es beispielsweise üblich, Öl aus einem Sumpf in einen externen Wärmeaustauscher zu pumpen, um das Öl zu kühlen. Das Ausführungsbeispiel eliminiert nicht nur die Notwendigkeit eines solchen externen Wärmetauschers, sondern reduziert auch die an die Ölpumpe gestellten Anforderungen, wodurch die erforderliche Maximalleistung der Ölpumpe reduziert wird und auch die zum Betreiben der Ölpumpe im Systembetrieb erforderliche Energie reduziert wird.
Das Ausführungsbeispiel nutzt auch eine elektrische Maschine mit einem Statorkern, wobei die radial äußere Oberfläche des Statorkerns, anstatt eine glatte radialzylindrische Außenfläche zu haben, mit Rippen oder Lamellen versehen ist, wobei manche der Lamellen einen größeren Durchmesser als andere haben, um dadurch den Ölstrom in direktem Kontakt mit der gerippten radial äußeren Fläche des Statorkerns zu bringen und auch eine relativ große Oberfläche zum Kontaktieren des Öls zu schaffen. Diese Anordnung bietet größere thermische Effizienz als eine Anordnung, bei welcher der Statorkern in einem Gehäuse montiert ist und das Öl indirekt den Statorkern durch das Gehäuse kühlt. Diese Anordnung reduziert auch die Anforderungen an das Pumpen von kühlendem Öl und reduziert somit Pumpenergieverluste. Wie nachstehen näher erörtert wird, kann wegen der thermischen Effizienz des Ausführungsbeispiels die WEG Kühlung unter vielen Betriebsbedingungen alleine ausreichend sein, um die elektrische Maschine zu kühlen, ohne dass die Ölpumpe eingesetzt wird, um Öl um den Statorkern zirkulieren zu lassen.
Eine weitere vorteilhafte Eigenschaft des Ausführungsbeispiels ist der obere Ölsumpf für das Getriebe. Der Einsatz eines erhöhten Ölsumpfs ermöglicht es, dass Öl schwerkraftbedingt direkt auf spezifisch gezielte Bereiche geleitet wird, die den Einsatz von solchem Öl für Schmier- und/oder Kühlzwecke erforderlich machen. Der Einsatz eines solchen erhöhten Ölsumpfs wird durch den Einsatz der Ölpumpe ermöglicht. Im Vergleich zu einem spritzgekühlten Entwurf, der nur einen am Boden des Gehäuseinnenraums angeordneten Ölsumpf aufweist und bei dem das Öl für Schmier- und Kühlzwecke durch das ganze Gehäuseinnere verteilt wird, indem das Öls durch den Durchgang von drehenden Zahnrädern durch das im Ölsumpf gesammelte Öl bewegt und weggeschleudert wird, verbessert der Einsatz des erhöhten Sumpfs des Ausführungsbeispiels die Effizienz des Systems. Diese Effizienzverbesserung wird erreicht, indem die zum Zirkulieren des Öls erforderliche Energie reduziert wird und das Spritzen von Öl auf Flächen, die keine Kühlung und Schmierung benötigen, eliminiert wird. Bei dem Ausführungsbeispiel wird eine Ölpumpe für die elektrische Maschine zum Zirkulieren von Öl sowohl durch die elektrische Maschine als auch die Getriebeanordnung genutzt. Die Ölpumpe ist elektrisch gesteuert und hat eine variable Geschwindigkeit und einen variablen Tastgrad, so dass sie passend zu Anforderungen betrieben werden kann. Zudem wird bei dem Ausführungsbeispiel ein Solenoid verwendet, um den relativen Ölfluss von der Pumpe zu der elektrischen Maschine und dem erhöhten Ölsumpf des Getriebes einzustellen. Dies ermöglicht es, den Ölfluss sowohl für die elektrische Maschine als auch das Getriebe an die jeweils individuellen Anforderungen anzupassen und so die Ölpumpe effizient zu betreiben.
Diese Verbesserungen der Effizienz des Systems sind besonders vorteilhaft in Hybrid- und Elektrofahrzeugen, weil solche Effizienzen die elektrische Last reduzieren, die durch das System erzeugt wird, z.B. die von der Ölpumpe erzeugte Last. Diese Effizienzen reduzieren wiederum die Last, die auf der Batterie des Fahrzeugs lastet, und können somit die elektrisch betriebene Reichweite des Fahrzeugs erhöhen und/oder die erforderliche Kapazität der Batterie reduzieren.
Im Folgenden werden die Figuren erörtert. 1 und 2 zeigen Außenansichten des Moduls 20. Das Modul 20 enthält eine Spannungsquellenwechselrichterbaugruppe 22, eine elektrische Maschinenbaugruppe 24 und eine Getriebebaugruppe 26. Wie in dem schematischen Diagramm von 54 dargestellt, enthält die Wechselrichterbaugruppe 22 Spannungsquellenwechselrichterschaltungen 220 und Steuerschaltungen 222 zum Steuern des Betriebs der elektrischen Maschine 24. Eine Gleichspannungsquelle 23, z.B. eine Fahrzeugbatterie oder ein Akkusatz, ist betriebsfähig an den Wechselrichter 22 angeschlossen.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist die elektrische Maschine 24 eine elektrische Maschine mit inneren Dauermagneten, aber alternative Formen elektrischer Maschinen können mit der vorliegenden Offenbarung ebenfalls genutzt werden. Beispielsweise ist die dargestellte elektrische Maschine 24 eine dreiphasige elektrische Maschine. Alternative Ausgestaltungen können jedoch auch eine elektrische Maschine einsetzen, die eine andere Anzahl von Phasen hat. Anstelle einer elektrischen Maschine, die einen Rotor mit Permanentmagneten hat, können auch alternative Konzepte genutzt werden, wie etwa eine induktive elektrische Maschine. Obwohl die elektrische Maschine 24 zeigt, dass die Statorphasen in einer Stern oder Wye-Konfiguration angeschlossen sind, ist die elektrische Maschine auch nicht auf diesen Anschlusstyp beschränkt und kann alternativ eine Deltaverbindung zwischen den Phasen nutzen. Fachleute werden erkennen, dass verschiedene andere alternative Ausgestaltungen der elektrischen Maschine 24 ebenfalls mit den Modulen 20 eingesetzt werden können.
Die elektrische Maschine 24 kann wahlweise entweder als ein Motor betrieben werden, um Drehmoment für den Antriebstrahl eines Fahrzeugs zu liefern, oder als ein Generator, um das elektrische System des Fahrzeugs mit elektrischem Strom zu versorgen und/oder die Batterie des Fahrzeugs aufzuladen. Der Wechselrichter 22 wandelt Gleichstrom in Wechselstrom um und liefert Wechselstrom an die elektrische Maschine 24, wenn die elektrische Maschine 24 als Motor betrieben wird. Die elektrische Maschine 24 erzeugt elektrischen Strom, wenn sie als Generator betrieben wird, beispielsweise beim regenerativen Bremsen. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die elektrische Maschine 22 eine dreiphasige elektrische Maschine und jede der drei Statorphasen ist über Statoranschlüsse 104 an die Wechselrichterschaltung 220 angeschlossen. Die Steuerschaltung 222 steuert den Betrieb der Schaltung 220 über Steuersignalleitungen 224, wenn die elektrische Maschine 24 betrieben wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel enthält die Wechselrichterschaltung einen High-side-Schalter und eine High-side-Diode sowie einen Low-side-Schalter und eine Low-side-Diode für jede Phase der elektrischen Maschine. Diese Schalter können die Form von Feldeffekttransistoren (FETs), Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) und alternativen Schaltmechanismen, wie bipolare Flächentransistoren, z.B. einem NPN oder PNP Transistor. Diese Schalter werden von der Steuerschaltung 222 gesteuert, welche die Form eines Prozessors haben kann, wobei elektrische Leitungen 224 pulsweitenmodulierte (PWM) Signale an die einzelnen Schalter leiten und dadurch den Betrieb der Schalter steuern. Andere Varianten von Wechselrichterschaltungen und Steuerungen, die Fachleuten bekannt sind, können ebenfalls eingesetzt werden.
Die Wechselrichterschaltung 220 und die Steuerschaltung 222 sind auf einer Basisplatte 50 montiert, die von den Schaltungen 220, 222 erzeugte Wärme aufnimmt. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Basisplatte 50 ein gegossenes Aluminiumgehäuseteil und hat einen Satz Wärmeaustauschflächen in Form von Rippen 52, die den Schaltungen 220, 222 gegenüberliegen, wodurch von den Schaltungen 220, 222 erzeugte Wärme über das Gehäuseteil 50 wie nachstehend erläutert auf das WEG übertragen werden kann.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Steuerschaltung 222 über eine elektrische Signal/Datenkommunikationsleitung 226 auch an eine elektronische Fahrzeugsteuereinheit (ECU) 230 angeschlossen, wodurch ECU 230 den Betrieb des Moduls 20 mit anderen Fahrzeugfunktionen koordinieren kann.
Die Getriebebaugruppe 26 enthält ein Getriebe, das die elektrische Maschine 24 an die Ausgangswelle 28 koppelt. Die Ausgangswelle 28 ist wiederum an das Antriebssystem des Fahrzeugs gekoppelt, wodurch die Ausgangswelle 28 zum Drehmoment des Antriebssystems 29 beitragen kann, wenn die elektrische Maschine 24 als Motor betrieben wird, und kann von dem Antriebssystem angetrieben werden, um die elektrische Maschine 24 mit Drehmoment zu versorgen, wenn die elektrische Maschine 24 als Generator betrieben wird. Es wird angemerkt, dass die Figuren die elektrische Maschine nur als Motor bezeichnen, aber diese impliziert nicht, dass die elektrische Maschine 24 nur als Motor betrieben werden kann.
21 ist eine schematische Darstellung, wie das Modul 20 in ein Fahrzeug 10 integriert werden kann. Bei diesem Beispiel hat das Fahrzeug 10 Räder 27 und die Welle 28 ist an das Antriebssystem 29 des Fahrzeugs 10 gekoppelt, das ein oder mehrere Räder 27 antreibt, wie in 51 schematisch dargestellt. Das Fahrzeug 10 enthält auch einen Wärmetauscher 105 in Form eines herkömmlichen Radiators, der das WEG Kühlmittel, das durch das Modul 20 zirkuliert, kühlt. Das von dem Radiator 105 gekühlte WEG Kühlmittel kann auch genutzt werden, um andere Fahrzeugkomponenten zu kühlen, die in 51 nicht dargestellt sind.
3 zeigt eine Schnittansicht des Moduls 20 senkrecht zur Rotorwelle 30 der elektrischen Maschine 24. Der Rotor 32 ist an die Welle 30 der elektrischen Maschine 24 montiert und der Stator 34 umgibt den Rotor 32. Wie man in 5 sehen kann, enthält der Stator 34 einen Statorkern 36 und Wicklungen 38, die von den axialen Enden des Statorkerns 36 vorstehen und Endschlaufen bilden. Der Stator 34 ist in dem Gehäuseteil 40 montiert. Das Gehäuseteil 40 umgibt und hält die radial äußere Fläche des Statorkerns 36, um dadurch den Stator 34 in den Gehäuseteil 40 zu montieren und das Gehäuseteil 40 thermisch an den Stator 34 zu koppeln. Die einwärts gerichteten Oberflächen des Gehäuseteils 40 definieren Durchgänge für kühlendes Öl, die verwendet werden, um kühlendes Öl zum Kühlen der elektrischen Maschinen 24 zu zirkulieren, wie nachstehend näher erörtert wird. Die nach außen gerichteten Oberflächen des Gehäuseteils 40 definieren einen Satz von wärmeabgebenden Flächen in Form von Rippen 42. Die Rippen 42 ragen in einen Innenraum 44 des Gehäuses der elektrischen Maschine, durch den flüssiges WEG Kühlmittel strömt, um dadurch einen integralen Wärmetauscher zu schaffen.
Der Innenraum 44 dieses integralen Wärmetauschers weist eine obere Kammer 46 und eine untere Kammer 48 auf. Rippen 42, die von dem Gehäuseteil 40 abstehen, ragen sowohl in die obere als auch in die untere Kammer 46, 48 dieses integralen Wärmetauschers hinein. Ein Gehäuseteil 50, das thermisch an den Wechselrichter 22 angekoppelt ist und dessen Basisplatte bildet, dient als Wärmesenke für den Wechselrichter und die daran montierte Steuerschaltung. Die Rippen 52 sind integral mit der Basisplatte 50 ausgebildet und ragen in die obere Kammer 46 des inneren Volumens des integralen Wärmetauschers hinein. Auf diese Weise führt Kühlmittel, das durch die obere Kammer 46 strömt, Wärme von beiden Rippen 42, 52 ab und kühlt dadurch simultan sowohl die Wechselrichterbaugruppe 22 als auch die elektrische Maschine 24.
Ein unterer Sumpf 54 ist vorgesehen, um Öl zu sammeln, das durch die elektrische Maschine 24 strömt, und ist sowohl in den 3 als auch 4 zu sehen. Das in 4 gezeigte Gehäuse des unteren Sumpfs kann aus einem einzigen Gussteil oder aus mehreren Komponenten gebildet sein. Vorteilhafterweise wird ein einziges integrales Gehäuseteil verwendet, um die obere Wand des unteren Sumpfs 54 zu bilden, von dem ein Satz Wärmeaustauschflächen wie die Rippen 56 in die untere Kammer 48 absteht und von dem ein anderer Satz von Wärmeaustauschflächen wie die Rippen 58 in den unteren Sumpf 54 hineinragt. Vier Öffnungen 60 schaffen Durchgänge für das Öl zur Rückkehr in den unteren Sumpf 54.
Wie nachstehend erläutert, wird eine Ölpumpe verwendet, um Öl in den unteren Verteilungskanal 62 zu pumpen, der von dem Gehäuseteil 40 gebildet wird. Dieses Öl wird dann entlang der radial äußeren Oberfläche des Statorkerns 36 nach oben gedrückt, wie durch die Pfeile 63 in 5 angedeutet, wodurch das Öl Wärme von dem Statorkern abführt. An dem oberen Rand des Statorkerns 36 bewegt sich das Öl in Nuten 64, die in dem Gehäuse 40 gebildet sind, um dort hindurch zu den axialen Enden des Statorkerns 36 zu fließen, wo das Öl nach unten fließt und die Endschlaufen der Statorwicklungen 38 kontaktiert, wie durch die Pfeile 65 in 5 angedeutet. Wie sich am besten unter Bezugnahme auf 5 verstehen lässt, ist der Statorkern 36 bei dem Ausführungsbeispiel aus mehreren geschichteten Blechen gebildet. Diese Bleche haben zwei verschiedene Durchmesser, so dass die Bleche mit größerem Durchmesser Wärmeaustauschflächen in Form von Rippen 66 bilden, die von dem Statorkern 36 radial nach außen abstehen. Die einzelnen Rippen können aus einem einzigen Blech oder aus mehreren Blechen bestehen. Beispielsweise können fünf oder eine andere Anzahl von großen Blechen fortlaufend gestapelt werden, um eine Rippe 66 zu bilden, und dann fünf oder eine andere Anzahl von Blechen mit kleinerem Durchmesser können gestapelt werden, um eine Nut 68 zwischen den Rippen 66 zu bilden. Das Öl wird entlang der Nuten 68 zwischen den Rippen 66 nach oben gedrängt, wie durch Pfeile 63 angedeutet. (Es wird angemerkt, dass der Statorkern 36 in dem Text und den Figuren auch als Statoreisen bezeichnet wird.)
6 veranschaulicht die Getriebebaugruppe 26 und die Ölpumpenbaugruppe 70. 6 zeigt das Getriebegehäuse 72 aus Gründen graphischer Übersichtlichkeit durchscheinend. Das Gehäuseteil 72 ist ähnlich wie die anderen Gehäuseteile des Ausführungsbeispiels aus gegossenem Metall hergestellt, z.B. Aluminium. Verschiedene andere Verfahren und andere Materialien zum Bilden von einigen oder allen Gehäuseteilen können alternativ eingesetzt werden.
Wie man am besten in den 17 und 18 sehen kann, erhält die Ölpumpe 76 Öl von dem unteren Ölsumpf 54 durch den Öleinlasskanal 74. Das von der Pumpe 76 abgegebene Öl wird von dem Ölfilter 77 empfangen, der das Öl filtert, bevor es entweder dem Gehäuse der elektrischen Maschine oder dem Getriebegehäuse zugeführt wird. Eine Solenoid betätigte Ventilbaugruppe 78 erhält das gefilterte Öl und teilt den Fluss in zwei separate Strömungen auf, nämlich einen Strömungskanal 80, der zu einem Verteilkanal 72 des Gehäuses 40 der elektrischen Maschine führt, und eine Versorgungsleitung 82, die zu einem erhöhten Ölsumpf 84 führt.
Die Ölpumpe 76 ist eine Ölpumpe mit variabler Leistung, die durch eine in der Wechselrichterbaugruppe 22 angeordnete Steuerschaltung gesteuert wird. Die Solenoid betätigte Ventilbaugruppe 78 schafft die Möglichkeit, die Leistung der Ölpumpe 76 anzupassen, zusammen mit der Möglichkeit, den relativen Anteil des abgegebenen Ölflusses, der zu dem Verteilungskanal 78 und dem oberen Ölsumpf 84 führt, erlauben es, den Ölfluss zu dem Verteilkanal 62 und dem oberen Ölsumpf 84 unabhängig zu steuern und einzustellen, um spezifische Anforderungen zu erfüllen, die durch den momentanen Betriebszustand des Antriebsmoduls gegeben sind. Dies ist ein vorteilhafter Unterschied und effizienter als eine Ölpumpe, die so bemessen und durchgehend betrieben wird, um den höchsten Anforderungen an die Ölpumpe zu genügen. Es ist auch effizienter als ein Getriebekühl- und Schmiersystem, das einen unteren Ölsumpf nutzt, der aktiviert wird, indem die Zahnräder ständig das Öl bewegen und verspritzen, um es durch das Getriebe zu verteilen.
Wie 6 zeigt, ist das Zahnrad 86 an einer Verlängerung der Rotorwelle 30 montiert und kämmt mit einem Zahnrad 88, das an der Ausgangswelle 28 montiert ist. Es wird angemerkt, dass die Zahnräder 86, 88 in den Figuren in vereinfachter Form dargestellt sind, ohne die einzelnen Zähne der Zahnräder zu zeigen, die ineinander greifen, um so die Zahnräder betriebsbereit zu koppeln. Unter dem Einfluss der Zahnräder 86, 88 dreht sich die Ausgangswelle 28 mit einer größeren Rotationsgeschwindigkeit als die Rotorwelle 30.
Der Betrieb des oberen Ölsumpfs 84 lässt sich unter Bezugnahme auf die 6, 19, 20 und 43 am besten verstehen. Wie vorstehend erwähnt, liefert die Ölpumpe 76 Öl über die Versorgungsleitung 82 an den oberen Sumpf 84. Ein Trennteil 92, in den Figuren auch als Halteplatte bezeichnet, ist in dem oberen Abschnitt des Getriebegehäuses 72 montiert, um den erhöhten Ölsumpf 84 zu bilden. Im Unterschied zu dem Verteilkanal 62, der unter Druck steht, ist der erhöhte Ölsumpf 84 drucklos. Das Trennteil 92 hat Öffnungen 94, damit Öl aus dem Ölsumpf 84 schwerkraftbedingt ausgewählten Flächen der Getriebebaugruppe, wie etwa Zahnräder 86, 88 und Lager 96, die drehbar Wellen 28, 30 tragen, zugeführt werden kann. Die Öffnungen 94 können direkt oberhalb der Flächen angeordnet sein, die das Öl erhalten, oder Rinnen 90 oder ähnliche Leitungsstrukturen können eingesetzt werden, um Öl auf die Oberflächen zu leiten, auf die Öl aufgetragen werden soll. Öl kann aus dem Ölsumpf 84 auch durch Lücken zwischen dem Trennteil 92 und dem Gehäuse 72 austreten. Pfeile 95 in 43 zeigen schematisch den schwerkraftbedingten Ölfluss aus dem Ölsumpf 84.
Die 11 und 12 zeigen Schnittansichten des Moduls 20. 11 zeigt eine Schnittansicht durch die Rotationsachse der Rotorwelle 30 entlang einer vertikal orientierten Ebene. Wie man in 11 sehen kann, erstrecken sich Statoranschlüsse 104 von den Statorwicklungen 38 zu der Wechselrichterbaugruppe 22, um so den Spannungsquellenwechselrichter an die elektrische Maschine 24 zu koppeln.
Zudem ist in 11 ein Drehmelder 98 dargestellt, der die Drehwinkelstellung der Rotorwelle 30 erfasst und eingesetzt werden kann, um die Rotationsgeschwindigkeit und/oder die Drehwinkelstellung der Welle 30 und des daran montierten Rotors 32 zu bestimmen. Signalleitungen (nicht dargestellt) verbinden den Drehmelder 98 mit dem Verbinder 100, der an der Außenseite des Gehäuses angeordnet ist. Der Verbinder 100 ermöglicht, dass ein daran angeschlossenes Kabel die von dem Drehmelder 98 erzeugten Signale an eine Steuerschaltung in der Wechselrichterbaugruppe 22 und andere Steuer- und Sensorschaltungen des Fahrzeugs, z.B. ECU 230, leitet. 12 ist eine Schnittansicht des Moduls 20 entlang einer horizontalen Ebene durch die Rotationsachse der Welle 30. Der Durchgang 102, der die obere Kammer 46 und die untere Kammer 48 des Wärmetauschers verbindet, ist in dieser Ansicht zu sehen.
Die Wechselrichterbaugruppe 22 ist in den 13 bis 15 dargestellt. Wie vorstehend erwähnt, sind die Wechselrichter- und Steuerschaltungen auf einer gegossenen Aluminiumbasisplatte 50 montiert, die integral gegossene Rippen 52 aufweist, die hiervon abstehen. Die Rippen 52 ragen in die obere Kammer 46 hinein, wo sie durch WEG Kühlmittel gekühlt werden, das durch das Gehäuse der elektrischen Maschine strömt. Statoranschlüsse 104 (schematisch in 14 und 15 dargestellt) erstrecken sich durch eine Öffnung der Basisplatte 50 und sind an die Spannungsquellenwechselrichterschaltung angeschlossen. Die Öffnung, durch welche die Statoranschlüsse 104 hindurchragen, ist abgedichtet, um zu verhindern, dass Öl dort hindurchtritt.
Das Gehäuse 40 der elektrischen Maschine ist bei dem Ausführungsbeispiel aus Aluminium gegossen und in den 16, 21, 24, 25, 41 und 42 sowie in anderen Figuren zu sehen. 16 zeigt eine perspektivische Ansicht des Gehäuses 40 bei abgenommener Basisplatte 50. Zwei der Rückführöffnungen 60, durch die Öl zurück in den unteren Sumpf 54 gelangt, und der Verteilungskanal 62 sind in 16 zu sehen. O-Ringdichtungen werden an den Verbindungsstellen zwischen Gehäuseteilen verwendet, wo ein Abdichten der Verbindungsstelle nötig ist, und solche Dichtungen können in einer Nut sitzen, die in dem Gehäuse angeordnet ist. Die 41 und 42 zeigen verschiedene Ansichten des Gehäuses 40 und zeigen auch die hintere Abdeckung 41, die von dem übrigen Gehäuse 40 getrennt ist. Die 24 und 25 veranschaulichen das Gehäuse 40 mit der darin installierten elektrischen Maschine 24. 21 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche die Beziehung zwischen der elektrischen Maschine und dem Gehäuse und der Getriebebaugruppe und ihrem Gehäuse zeigt. 21 zeigt auch den an dem Gehäuse 40 angebrachten unteren Sumpf 54.
Der Einsatz von Öl zum Kühlen der elektrischen Maschine 24 und Schmieren der Lager 96 in dem Gehäuse 40 wird nun unter Bezugnahme auf 22, 23 und 27 bis 30 erörtert. 23 zeigt, wie das Öl nach oben und relativ zum Stator 36 nach außen gepumpt wird. Dies ermöglicht es dem Öl, Wärme von dem Statorkern 36 und den Endschlaufen der Statorwicklungen 38 aufzunehmen, während es auf die Endschlaufen tropft. Die Wärme wird dann von dem Öl über die Rippen 56 und 58 an dem unteren Sumpf 94 auf das WEG Kühlmittel übertragen. Das Gehäuse 40 überträgt über die Rippen 42 Wärme auch direkt von dem Statorkern 36 auf das WEG Kühlmittel. Eine kleine Wärmemenge kann von der elektrischen Maschine 24 auch auf anderen Wegen auf das WEG Kühlmittel übertragen werden. Das in dem Gehäuse 40 verteilte Öl schmiert auch die Lager 96, die in diesem Raum angeordnet sind und kühlt solche Lager. Diese Anordnung, d.h. der Einsatz offener Lager 96, die durch zirkulierendes Öl geschmiert und gekühlt werden, ist effizienter als der Einsatz versiegelter Lager, die mit Schmiermittel gepackt sind.
Da das WEG Kühlmittel Wärme von der elektrischen Maschine 24 über das Gehäuse 40 aufnimmt, ohne dass solche Wärme durch das Öl übertragen wird, wenn die elektrische Maschine 24 bei relativ niedriger Last betrieben wird, wird die Übertragung von Wärme auf das WEG Kühlmittel direkt durch das Gehäuse 40 ausreichend sein, um die elektrische Maschine 24 bei einer akzeptablen Temperatur zu halten, und es wird nicht erforderlich sein, Öl zur Kühlung der elektrischen Maschine 24 durch das Gehäuse 40 zu zirkulieren. Wenn offene Lager eingesetzt werden, kann es jedoch erforderlich sein, dass man eine kleine Ölmenge für Schmierzwecke zirkulieren lässt.
Wenn das Öl von der Ölpumpe nicht aktiv durch das Gehäuse 40 zirkuliert wird, sammelt sich das Öl in einem unteren Teil des Innenraums, der durch das Gehäuse 40 gebildet ist. Die 27 und 28 veranschaulichen das Volumen 110 in dem Gehäuse 40, das mit dem Öl gefüllt ist, wenn die Ölpumpe das Öl nicht aktiv in dem Gehäuse 40 zirkuliert.
Die 29 und 30 veranschaulichen das innere Volumen 112 des Gehäuses 40, durch welches das Öl zirkuliert, wenn die Ölpumpe aktiv Öl durch das Gehäuse 40 pumpt. Es wird angemerkt, dass das Öl nicht durch das gesamte Volumen 112 zur selben Zeit füllt, aber in diesem ganzen Volumen Öl gefunden werden kann, wenn es aktiv zirkuliert.
Es wird nun auf die 31 und 32 Bezug genommen. Das Volumen 114, durch welches das WEG Kühlmittel durch das Gehäuse zirkuliert, ist dargestellt. Kühlmittel tritt durch den Einlass 106 in das Gehäuse 40 ein, folgt einem gewundenen Pfad 116 und tritt dann durch den Auslass 108 aus dem Gehäuse 40 aus. Das WEG Kühlmittel gelangt einer relativ niedrigen Temperatur in das Gehäuse 40 und tritt durch den Auslass 108 mit einer höheren Temperatur aus, nachdem es beim Durchgang durch das Gehäuse 40 Wärme aufgenommen hat. Außerhalb von dem Modul 20 wird das WEG Kühlmittel zu einem Wärmetauscher 105 geleitet, wo es abkühlt, bevor es zu dem Einlass 106 zurückgeführt wird. Beispielsweise könnte in einem Hybridfahrzeug, das einen herkömmlichen Radiator aufweist, der als Wärmeaustauscher zum Kühlen eines WEG Kühlmittels dient, das zum Kühlen des Verbrennungsmotors genutzt wird, das WEG Kühlmittel des Motorkühlsystems auch eingesetzt werden, um das Antriebsmodul 20 zu kühlen, indem das WEG Kühlmittel durch das Gehäuse 40 zirkuliert. Selbstverständlich müsste der Radiator geeignet bemessen sein, um sowohl den Motor als auch das Modul 20 und sonstige Komponenten, die das System belasten, zu kühlen. Elektrofahrzeuge ohne Verbrennungsmotoren enthalten oft herkömmlichen Radiatoren ähnliche Wärmeaustauscher, um Wärme von einem flüssigen Kühlmittel abzuführen, z.B. einem WEG Kühlmittel, das eingesetzt wird, um verschiedene Komponenten des Fahrzeugs zu kühlen. Das Modul 20 könnte als eine dieser Komponenten in einem solchen System enthalten sein.
Wie man in den Figuren sehen kann, die das Ausführungsbeispiel veranschaulichen, haben sowohl das WEG Kühlmittelvolumen 116 und das Gehäuse 40, welches das Volumen 116 definiert, die Form eines Parallelepipeds. Herkömmlicherweise wäre ein Gehäuse für zirkulierendes Kühlmittel, das eine elektrische Maschine umgibt, wie etwa das Gehäuse 40, im Wesentlichen zylindrisch, um die äußere Form des Statorkerns nachzubilden. Da das Gehäuse 40 die Form eines Parallelepipeds hat, variiert die Höhe der Rippen, die in das von Kühlmittel durchströmte Volumen hineinragen. Wenn die Rippen ausgelegt werden, um den gewundenen Pfad 116 zu definieren, wird die Breite des Pfades variiert, um dieser Variation der Höhe Rechnung zu tragen, so dass die Querschnittsfläche des Strömungspfades im Wesentlichen konstant bleibt und dadurch eine im Wesentlichen konstante Strömungsgeschwindigkeit des den Strömungspfad 116 durchströmenden Fluids erhält. Mit anderen Worten variieren die Abmessungen, z.B. Höhe und Breite, des Kühlmittelströmungspfads, aber der Strömungspfad selbst definiert eine konstante Querschnittsfläche in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung durch den Strömungspfad. Mit anderen Worten bleibt die Querschnittsfläche des Strömungspfads 116 in einer Ebene senkrecht zur Linie 116 und den anderen Strömungsrichtungslinien von 38 im Wesentlichen konstant. In dieser Hinsicht wird angemerkt, dass der Strömungsweg des Fluids durch mehrere parallele Freiräume zwischen benachbarten Rippen definiert sein kann. Beispielsweise stellt in 38 eine durchgehende Strömungslinie 116 den allgemeinen Verlauf des Strömungswegs dar und die kleineren Strömungsrichtungspfeile, die in einzelnen Kanälen zwischen Rippen angeordnet sind, zeigen wie der Strömungspfad bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel an verschiedenen Stellen des Pfades von zwei anderen Kanälen, vier benachbarten Kanälen und sechs benachbarten Kanälen gebildet wird.
Wie die Biegungen in dem gewundenen Pfad 116 gebildet werden, lässt sich am besten unter Bezugnahme auf 38 verstehen. Diese Figur veranschaulicht das WEG Kühlmittelvolumen 114 in der oberen Kammer 46. Hindernisse, die durch die Bezugszahlen 118 und 120 angedeutet sind, werden von Rippen gebildet, die sich bis hin zu der seitlichen Wand des Innenraums erstrecken, um das Fluid zu zwingen, seitlich auszuweichen und parallel zu den Rippen zu fließen. Wie vorstehend erwähnt ist der Ort, an dem diese Hindernisse angeordnet sind, ausgewählt, um eine gleichbleibende Querschnittsfläche des gewundenen Strömungspfads 116 zu gewährleisten. Die Lage der Hindernisse 118, 120 bestimmt auch, wie viele parallele benachbarte Kanäle den Flüssigkeitskanal an jeder Biegung des Kanals bilden.
Es wird angemerkt, dass Abfluss von Kühlmittel über die distalen Enden der Rippen zugelassen ist. Wenn die distalen Enden die gegenüberliegende Wand berühren, um einen solchen Abfluss zu verhindern, wäre es erforderlich, die Abmessungen der Rippen mit engen Toleranzen zu fertigen und würde auch signifikant die Komplexität in Bezug auf das Ausgleichen unterschiedlicher thermischen Ausdehnungen der Rippen relativ zum Rest des Gehäuses erhöhen.
Die 44 bis 47 veranschaulichen das WEG Kühlmittelvolumen 114 und das Ölvolumen 112, wenn die Ölpumpe aktiv Öl zirkuliert. Wie man am besten unter Bezugnahme auf diese Figuren verstehen kann, schafft das beschriebene Modul eine kompakte Baugruppe, die eine effiziente Übertragung und Abfuhr von Wärme durch das WEG Kühlmittel ermöglicht. Wie man an diesen Figuren auch sehen kann, wirkt das WEG Kühlmittel als thermischer Puffer, indem die Masse des in dem Modul verteilten WEG Kühlmittels eine relativ hohe Wärmekapazität hat, wodurch es gut geeignet ist, vorübergehende Wärmespitzen zu absorbieren, die im Betrieb der elektrischen Maschine 24 auftreten.
Es wird angemerkt, dass das beschriebene Ausführungsbeispiel mehrere verschiedene Merkmale hat und diese Merkmale in alternativen Ausgestaltungen genutzt werden können, die nicht alle diese Merkmale aufweisen und solche Merkmale können in verschiedenen anderen Kombinationen kombiniert werden.
So könnten beispielsweise ein Wechselrichter 22 und eine elektrische Maschine 24 mittels einer Basisplatte 50 und einem Gehäuse 40 miteinander gekoppelt werden, wobei die elektrische Maschine kein integral an dem Gehäuse 40 montiertes Getriebe hat, wie es in 48 dargestellt ist. Einige kleinere Abwandlungen wären an dem Gehäuse 40 erforderlich, um dem Entfernen des Getriebes und der geänderten Position der Ölpumpe Rechnung zu tragen. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel müsste der untere Ölsumpf nicht unbedingt dieselben Vorteile hinsichtlich Wärmeaustausch wie der untere Ölsumpf 54 haben. Die Rotorwelle 30 wäre an einem externen Getriebe oder einem andere geeigneten Gerät angebracht.
Es wäre auch möglich, die vorteilhaften Eigenschaften des unteren Ölsumpfs 54 hinsichtlich des Wärmeaustauschs zu nutzen, indem dieser ein Gehäuseteil aufweist, das thermisch an das Öl gekoppelt ist, z.B. über Rippen, und wobei das Gehäuseteil ebenfalls Wärmeaustauschflächen hat, die Wärme mit dem flüssigen Kühlmittel, mit anderen wärmeerzeugenden Vorrichtungen als der beispielhaften elektrischen Maschine und/oder mit einer ölgekühlten elektrischen Maschine, die mit einem alternativen Modul als dem Ausführungsbeispiel eingesetzt wird, austauschen. 49 veranschaulicht den Einsatz eines Ölsumpfs 54 mit einem Gehäuse für eine elektrische Maschine 24, die einen Wassermantel und eine zugeordnete Ölpumpe ohne den vollen Satz der vorteilhaften Merkmale des Moduls 20 hat.
Es wäre auch möglich, die vorteilhaften Eigenschaften des oberen Ölsumpfs der Getriebebaugruppe 26 in einem selbstständigen Getriebe oder mit einem Getriebe in alternativen Kombinationen zu nutzen. Beispielsweise könnte ein selbstständiges Getriebe einen oberen Ölsumpf 84 aufweisen, wobei eine Ölpumpe dem oberen Ölsumpf Öl zuführt und der obere Ölsumpf eine oder mehrere Öffnungen definiert, durch die ausgewählten Flächen in dem Getriebe schwerkraftbedingt mit Öl versorgt werden. Der Einsatz von integralen Rinnen die durch Gießen in dem Gehäuse des Getriebes erzeugt sind, könnten also auch bei dem Ölsumpf genutzt werden. Ein solcher oberer Ölsumpf könnte mit seiner eigenen Ölpumpe ausgestattet sein, die nicht unbedingt eine Ölpumpe variabler Leistung sein müsste.
Ein solches Getriebe, das einen oberen Sumpf 84 hat, könnte vorteilhaft mit einer anderen ölgekühlten und/oder geschmierten Vorrichtung in einem anderen Gehäuse kombiniert werden, wobei sich Öl in einem unteren Ölsumpf schwerkraftbedingt sowohl von dem anderen Gehäuse als auch von dem Gehäuse des Getriebes sammelt. Eine Ölpumpe variabler Leistung, die von dem unteren Ölsumpf gespeist wird, könnte dann betriebsfähig an eine Ventilbaugruppe gekoppelt werden, die ein Solenoid betriebenes Ventil enthält, wobei das Solenoid betriebene Ventil eine Anpassung der relativen Anteile des Öls vornimmt, das durch die Ölpumpe zu dem unteren Gehäuse und dem Gehäuse des Getriebes geliefert wird, wie schematisch in 50 dargestellt. Falls es nicht erforderlich ist, die Anteile des in die beiden verschiedenen Gehäuse eingespeisten Öls anzupassen, könnte alternativ auch eine einfachere Ölpumpenbaugruppe verwendet werden, um feste Anteile und/oder feste Mengen Öl in die beiden Gehäuse einzuspeisen.
Wie sich auch unter Bezugnahme auf 50 verstehen lässt, könnte die Ölpumpenbaugruppe 70 mit einem Paar von alternativen Öl nutzenden Vorrichtungen ausgestattet sein und nicht auf den Einsatz in dem dargestellten Modul 20 beschränkt sein. Der Einsatz einer Pumpe variabler Leistung, die mit einem Solenoid betätigten Dosierventil gekoppelt ist, ermöglicht es der Baugruppe 70, die Abgabe von Öl an zwei verschiedene Endverbraucher unabhängig einzustellen und diese Möglichkeit könnte auch bei anderen Anwendungen als den dargestellten Ausführungsbeispielen genutzt werden.
52 und 53 zeigen zwei alternative Ausführungsbeispiele einer Ölpumpenbaugruppe, die eine Ölpumpe 76 variabler Leistung und eine Solenoid betätigte Ventilbaugruppe 78 zur Versorgung von zwei verschiedenen Vorrichtungen enthält. In den schematischen Darstellungen der 1 und 2 sind diese beiden Vorrichtungen eine elektrischen Maschine 24 und die Zahnradanordnung des Getriebes 26. Fig. - stellt ein anderes Ausführungsbeispiel dar. Bei all diesen Ausführungsbeispielen teilt die Solenoid betätigte Ventilbaugruppe das von der Pumpe abgegebene Öl auf zwei verschiedene Ölleitungen auf und enthält wenigstens ein Solenoid betätigtes Ventil, um den relativen Anteil des abgegebenen Öls zwischen den beiden verschiedenen Ölleitungen aufzustellen. Bei Kopplungen an eine Ölpumpe variabler Abgabemenge ermöglicht diese Anordnung die unabhängige Einstellung der Strömungsrate in jeder der beiden verschiedenen Ölleitungen. Genauer gesagt wird die Ölpumpe variabler Leistung gesteuert, um Öl mit einer Rate abzugeben, die dem kombinierten Ölbedarf der beiden verschiedenen Vorrichtungen entspricht, und dann teilt die Solenoid betätigte Baugruppe das von der Pumpe abgegebene Öl auf die beiden Ölleitungen auf, die die beiden Anwendungen versorgen, um den individuellen Bedarf der beiden Anwendungen zu decken.
Bei dem in 6 und 17 bis 19 dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die Solenoid aktivierte Ventilbaugruppe ein einziges Solenoid aktiviertes Ventil in Form eines Schieberventils. Das Solenoid, welches das Ventil steuert, wird wiederum von der Steuerschaltung 222 gesteuert, kann aber alternativ auch durch eine Steuerschaltung gesteuert werden, die an einem anderen Ort angeordnet ist, wie etwa einer zweiten Steuerung, die an oder in dem Modul 20 angeordnet ist, oder durch die ECU 230. Das einzelne Schieberventil dieses Ausführungsbeispiels erhält das gesamte von der Ölpumpe abgegebene Öl und teilt dann den Fluss auf und gibt ihn an die Ölabführleitungen 80, 82 ab. Verstellen des Schiebers in dem Ventilkörper durch das Solenoid stellt die relativen Ölmengen ein, die in die Leitungen 80, 82 angegeben werden.
52 zeigt schematisch eine alternative Solenoid aktivierte Ventilbaugruppe 78, die zwei Solenoid aktivierte Ventile 79 enthält. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das von der Pumpe abgegebene Öl durch statische Einbauten aufgeteilt und jede der resultierenden Ölabgabeleitungen 80, 82 enthält einen Solenoid aktiviertes Ventil 79. Die Ventile 79 können einstellbar gedrosselt oder geöffnet werden und durch Koordinieren der Abgaberate der Pumpe 76 und der relativen Größe der offenen Durchgänge, die durch die Ventile 79 definiert sind, um die Abgaberate zwischen den Ölleitungen 80, 82 aufzuteilen, kann die Strömungsrate des Öls in jeder der Leitungen 80, 82 unabhängig eingestellt werden, um den Bedarf der elektrischen Maschine 24 und des Getriebes 26 zu decken.
53 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer Solenoid aktivierten Ventilbaugruppe 78. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird nur ein einziges Solenoid aktiviertes Ventil 79 eingesetzt. Es wird angemerkt, dass obwohl 52 symbolisch zwei Solenoid aktivierte Ventile 59 zeigt, 53 eine physikalisch besser beschreibende Abbildung eines geeigneten Solenoid aktivierten Ventils zeigt. Fachleute werden erkennen, dass eine Reihe von alternativen Solenoid aktivierten Ventilen eingesetzt werden können, um eine Solenoid aktivierte Ventilbaugruppe, wie sie hier beschrieben ist, zu schaffen,
Wie man in der Darstellung von 53 sehen kann, enthält das Solenoid aktivierte Ventil 79 eine Solenoidspule 791 und einen Solenoidstößel 792, der als Ventilschaft arbeitet, der einen integrierten Ventilkopf aufweist. Die Spule 791 wird selektiv durch die Steuerschaltung 222 oder eine andere Schaltung, die zum Steuern des Betriebs der Solenoid betätigten Ventilbaugruppe 78 verwendet wird, mit Strom versorgt. Durch selektives unter Strom setzen der Spule 791 kann der Solenoidstößel 792 ausgefahren und zurückgezogen werden. Wenn er voll ausgefahren ist, liegt der integrierte Ventilkopf an dem Ventilsitz 794 an, der in dem Ventilkörper 793 angeordnet ist, so dass die Abgabe von Öl an die Leitung 80 verhindert ist und das gesamte von der Pumpe 76 in die Ölabgabeleitung 75 abgegebene Öl in die Leitung 82 geleitet wird.
Wenn die Pumpe 76 arbeitet, wird bei diesem Ausführungsbeispiel stets etwas Öl in die Leitung 82 gegeben. Diese Art der Anordnung kann nützlich sein, wenn eine der beiden Vorrichtungen zumindest auch eine Mindestmenge Öl benötigt. Beispielsweise kann bei manchen Einsatzgebieten eine Vorrichtung, wie etwa ein Getriebe, stets Öl zur Schmierung benötigen und nur periodisch Öl zur Wärmeabfuhr benötigen. In 53 nutzt die elektrische Maschine 24 Öl nur für Zwecke der Wärmeabfuhr und benötigt eine Ölzufuhr folglich nur, wenn sie unter einer Last steht, die ausreichend hoch ist, so dass Öl zur Wärmeabfuhr benötigt wird. Unter Bedingungen niedrigerer Last besteht die Möglichkeit, dass die elektrische Maschine kein Öl zur Wärmeabfuhr benötigt. Das Ventil 79 kann verhindern, dass unter solchen Bedingungen niedriger Last zugeführt Öl unnötigerweise der elektrischen Maschine 24 wird, so dass ein effizienter Betrieb des genannten Systems gewährleistet ist.
Obwohl die Erfindung an einem beispielhaften Aufbau beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung im Rahmen von Geist und Umfang dieser Offenbarung weiter abgewandelt werden. Diese Anmeldung soll deshalb auch beliebige Varianten, Anwendungen oder Anpassungen der Erfindung unter Verwendung ihrer allgemeinen Prinzipien abdecken.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62/929844 [0001]
US 62/930028 [0001]

Claims

Antriebsmodul (20) für ein Fahrzeug (10), wobei das Modul aufweist: eine elektrische Maschine (24), einen Spannungsquellenwechselrichter (22), der betriebsfähig an die elektrische Maschine (24) gekoppelt ist, und ein Kühlsystem für das Modul, wobei das Kühlsystem ein erstes Gehäuseteil (50) aufweist, das thermisch an den Wechselrichter gekoppelt ist und einen ersten Satz Wärmeaustauschflächen (52) aufweist, ein zweites Gehäuseteil (40), das thermisch an die elektrische Maschine gekoppelt ist und einen zweiten Satz Wärmeaustauschflächen (42) aufweist, wobei der erste und der zweite Satz von Wärmeaustauschflächen jeweils in einen Innenraum (44) hineinragt, so dass ein in den Innenraum eingebrachtes flüssiges Kühlmittel Wärme sowohl von dem ersten als auch von dem zweiten Satz Wärmeaustauschflächen abführt.
Antriebsmodul nach Anspruch 1, zusätzlich mit: einer Ölpumpe (76), wobei die Ölpumpe Öl zum Kühlen der elektrischen Maschine zirkuliert und sich das Öl in einem schwerkraftgespeisten unteren Ölsumpf (54) sammelt, aus dem die Ölpumpe gespeist wird, und einem dritten Gehäuseteil (54), das eine Wand des unteren Ölsumpfs bildet und thermisch an das in dem Ölsumpf gesammelte Öl gekoppelt ist, wobei das dritte Gehäuseteil zudem einen dritten Satz Wärmeaustauschflächen (56) aufweist, die in den Innenraum hineinragen, durch den das flüssige Kühlmittel strömt.
Antriebsmodul nach Anspruch 2, wobei das dritte Gehäuseteil zudem einen vierten Satz Wärmeaustauschflächen (58) aufweist, die in den unteren Ölsumpf hineinragen.
Antriebsmodul nach Anspruch 3, wobei der dritte und der vierte Satz Wärmeaustauschflächen (56, 58) einander gegenüberliegend angeordnet sind und in entgegengesetzte Richtungen ragen.
Antriebsmodul nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Ölpumpe Öl um einen Statorkern (36) der elektrischen Maschine zirkuliert und wobei die radial äußere Oberfläche des Statorkerns mehrere Wärmeaustauschrippen (66) definiert.
Antriebsmodul nach Anspruch 2, zusätzlich mit einer betriebsfähig an die elektrische Maschine gekoppelten Getriebebaugruppe (86, 88, 96), und einem oberen Ölsumpf (84), wobei die Ölpumpe Öl in den oberen Ölsumpf liefert und das Öl durch Schwerkrafteinwirkung aus dem oberen Ölsumpf zu der Getriebebaugruppe gebracht wird.
Antriebsmodul nach Anspruch 6, wobei die Ölpumpe eine Ölpumpe variabler Leistung ist und die Ölpumpe betriebsfähig mit wenigstens einem Solenoid betätigten Ventil (79) gekoppelt ist, wobei das wenigstens eine Solenoid betriebene Ventil die relativen Anteile des von der Ölpumpe an die elektrische Maschine und den oberen Ölsumpf gelieferten Öls einstellt.
Antriebsmodul nach Anspruch 7, wobei der obere Ölsumpf eine oder mehrere Öffnungen (94) definiert, die schwerkraftbedingt Öl ausgewählten Oberflächen der Getriebeanordnung zuführen.
Antriebsmodul nach Anspruch 8, wobei die ausgewählten Oberflächen Oberflächen enthalten, die auf Zahnrädern (86, 88) und Lagern (96) gelegen sind.
Antriebsmodul nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei wenigstens ein Gehäuseteil eine Ölrinne (90) definiert, um Öl von dem oberen Ölsumpf auf eine der ausgewählten Oberflächen zu leiten.
Antriebsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6 bis 9, wobei die Gehäuseteile, die eine äußere Begrenzung des Innenraums (44, 114) zur Aufnahme des flüssigen Kühlmittels definieren, eine äußere Grenze definieren, welche die Form eines Parallelepipeds hat, und die Gehäuseteile, die den Innenraum zur Aufnahme des flüssigen Kühlmittels, das mit der elektrischen Maschine in thermischer Verbindung steht, definieren, eine innere Begrenzung des Innenraums definieren, die eine zylindrische Form hat, und wobei der erste, zweite und dritte Satz der Wärmeaustauschflächen (42, 52, 56) jeweils Rippen definieren, die in den Innenraum hineinragen, wobei die Rippen, die in den Innenraum hineinragen, einen Kühlmittelströmungsweg (116) definieren, wobei der Kühlmittelströmungsweg variable Abmessungen hat und eine konstante Querschnittsfläche in einer Ebene senkrecht zur Richtung der Fluidströmung durch den Kühlmittelströmungsweg definiert.
Ölgekühlte Baugruppe mit: wenigstens einem wärmeerzeugenden Teil (24), einer Ölpumpe (76), wobei die Ölpumpe Öl zum Kühlen des wärmeerzeugenden Teils zirkuliert und sich das Öl schwerkraftbedingt in einem unteren Ölsumpf (54) sammelt und wobei der untere Ölsumpf die Pumpe mit Öl versorgt, einer Kühlungsbaugruppe, wobei ein flüssiges Kühlmittel durch einen Innenraum (44) der Kühlungsbaugruppe zirkuliert wird, um Wärme von einem Gehäuseteil (40) abzuführen, das thermisch an das wärmeerzeugende Teil gekoppelt ist, und wobei der untere Ölsumpf (54) teilweise durch ein Sumpfgehäuseteil definiert ist, das thermisch an das in dem unteren Ölsumpf angesammelte Öl ist, wobei das Sumpfgehäuseteil einen ersten Satz von Wärmeaustauschflächen (56), die in den Innenraum (44), durch den das flüssige Kühlmittel zirkuliert, hineinragen, aufweist, so dass das flüssige Kühlmittel Wärme von dem Sumpfgehäuseteil abführt.
Ölgekühlte Baugruppe nach Anspruch 12, wobei das Sumpfgehäuseteil einen zweiten Satz von Wärmeaustauschflächen (58) enthält, die in das in dem unteren Ölsumpf angesammelte Öl hineinragen, um dadurch das Sumpfgehäuse thermisch an das Öl anzukoppeln.
Ölgekühlte Baugruppe nach Anspruch 13, wobei das wärmeerzeugende Teil eine elektrische Maschine ist.
Ölgekühlte Baugruppe nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die ölgekühlte Baugruppe dafür ausgelegt ist, eine zweite Vorrichtung (26) mit Öl zu versorgen, und wobei die Ölpumpe eine Ölpumpe variabler Leistung ist und wobei die ölgekühlte Baugruppe zudem eine Solenoid aktivierte Ventilbaugruppe (78) aufweist, die zwischen der Ölpumpe und dem wärmeerzeugenden Teil und der zweiten Vorrichtung angeordnet ist, wobei von der Pumpe abgegebenes Öl von der Solenoid aktivierten Ventilbaugruppe aufgeteilt wird und der aufgeteilte Fluss von einer ersten Ölabführleitung (80), die dem wärmeerzeugenden Teil Öl zuführt, und von einer zweiten Abführleitung (82), die der zweiten Vorrichtung Öl zuführt, geleitet wird und die Solenoid aktivierte Ventilbaugruppe zudem wenigstens ein Solenoid aktiviertes Ventil (79) aufweist, das einstellbar das von der Pumpe abgegebene Öl auf die erste und die zweite Abführleitung aufteilt.
Ölgekühlte Baugruppe nach Anspruch 15, wobei das wärmeerzeugende Teil eine elektrische Maschine ist und zudem eine Getriebeanordnung aufweist, die antreibbar an die elektrische Maschine gekoppelt ist, und wobei die Getriebebaugruppe die zweite Vorrichtung ist.
Ölgekühlte Baugruppe nach Anspruch 16, wobei das wenigstens eine Solenoid aktivierte Ventil ein erstes Solenoid aktiviertes Ventil, das in der ersten Abführleitung angeordnet ist, und ein zweites Solenoid aktiviertes Ventil, das in der zweiten Abführleitung angeordnet ist, aufweist.
Ölgekühlte Baugruppe nach Anspruch 16, wobei das wenigstens eine Solenoid aktivierte Ventil nur aus einem einzigen Solenoid aktivierten Ventil besteht.
Ölgekühlte Baugruppe nach Anspruch 16, wobei die Getriebeanordnung in einer Getriebebaugruppe angeordnet ist, wobei die Getriebebaugruppe einen oberen Ölsumpf (84) aufweist und die zweite Abführleitung den oberen Ölsumpf enthält, wobei die zweite Abführleitung den oberen Ölsumpf mit Öl versorgt und der obere Ölsumpf eine oder mehrere Öffnungen (94) definiert, die schwerkraftbedingt den ausgewählten Oberflächen in der Getriebebaugruppe Öl zuführen.
Ölgekühlte Baugruppe nach Anspruch 19, wobei die ausgewählten Oberflächen auf Zahnrädern (86, 88) und Lagern (96) liegen und wenigstens ein Gehäuseteil der Getriebebaugruppe eine Ölrinne (90) definiert, um Öl von dem oberen Ölsumpf einer der ausgewählten Oberflächen zu zuführen.
Getriebebaugruppe (26) mit: einer Getriebeanordnung, die wenigstens zwei Zahnräder (86, 88) und eine rotierende Welle (28, 30), die von einem Lager gestützt ist, aufweist, und einem oberen Ölsumpf (84), wobei eine Ölpumpe (76) Öl zu dem oberen Ölsumpf fördert und der obere Ölsumpf eine oder mehrere Öffnungen (94) definiert, die ausgewählten Oberflächen der Getriebeanordnung in der Getriebebaugruppe schwerkraftbedingt Öl zuführen.
Getriebebaugruppe nach Anspruch 21, wobei die ausgewählten Oberflächen Oberflächen enthalten, die auf den Zahnrädern (86, 88) und den Lagern (96) liegen, und wenigstens ein Gehäuseteil des Getriebes eine Ölrinne (90) definiert, um Öl von dem oberen Ölsumpf zu einer der ausgewählten Oberflächen zu leiten.
Getriebebaugruppe nach einem der Ansprüche 20 oder 21, wobei die Getriebebaugruppe dafür ausgelegt ist, eine zweite Vorrichtung (24) mit von der Pumpe abgegebenem Öl zu versorgen, und wobei die Ölpumpe eine Ölpumpe variabler Leistung ist, die aus einem unteren Ölsumpf (54) gespeist wird, in dem sich schwerkraftbedingt Öl sowohl von der Getriebebaugruppe als auch der zweiten Vorrichtung sammelt, und die Getriebebaugruppe zudem eine Solenoid betätigte Ventilbaugruppe (78) enthält, die zwischen der Ölpumpe und dem oberen Ölsumpf und dem zweiten Gehäuse angeordnet ist, wobei von der Pumpe abgegebenes Öl durch die Solenoid aktivierte Ventilbaugruppe aufgeteilt wird und der aufgeteilte Fluss von einer ersten Ölabführleitung (82) zu dem oberen Ölsumpf geleitet wird und durch eine zweite Abführleitung (80) Öl zu dem zweiten Gehäuse geleitet wird, und wobei die Solenoid aktivierte Ventilbaugruppe (78) zudem wenigstens ein Solenoid aktiviertes Ventil (79) enthält, das einstellbar das von der Pumpe abgegebene Öl auf die erste und die zweite Abführleitung aufteilt.
Ölpumpenbaugruppe (70) zum einstellbaren Versorgen von zwei verschiedenen Vorrichtungen, wobei die Baugruppe aufweist: eine Ölpumpe (76) variabler Leistung, die Öl einer ersten Vorrichtung (24) und einer zweiten Vorrichtung (56) zuführt, und eine Solenoid aktivierte Ventilbaugruppe (78), die zwischen der Ölpumpe und der ersten und der zweiten Vorrichtung angeordnet ist, wobei von der Ölpumpe abgegebenes Öl von der Solenoid aktivierten Ventilbaugruppe aufgeteilt wird und der aufgeteilte Strom von einer ersten Abführleitung (80) geführt wird, um eine erste Vorrichtung mit Öl zu versorgen, und von einer zweiten Abführleitung (82), um die zweite Vorrichtung mit Öl zu versorgen, und die Solenoid aktivierte Ventilbaugruppe zudem wenigstens ein Solenoid aktiviertes Ventil (79) enthält, das einstellbar das von der Pumpe abgegebene Öl auf die erste und die zweite Abführleitung aufteilt.
Ölpumpenbaugruppe nach Anspruch 24, wobei das wenigstens eine Solenoid aktivierte Ventil ein erstes Solenoid aktiviertes Ventil, das in der ersten Abführleitung angeordnet ist, und ein zweites Solenoid aktiviertes Ventil, das in der zweiten Abführleitung angeordnet ist, aufweist.
Ölpumpenbaugruppe nach Anspruch 24, wobei das wenigstens eine Solenoid aktivierte Ventil ausschließlich aus einem einzigen Solenoid aktivierten Ventil besteht.
Ölpumpenbaugruppe nach einem der Ansprüche 24 bis 26, zusätzlich mit einer Steuerschaltung (222), welche den Betrieb der Ölpumpe steuert, um die Abgaberate der Pumpe (76) einzustellen, und den Betrieb der Solenoid aktivierten Ventilbaugruppe (78) steuert, um die relativen Ölmengen einzustellen, die von der ersten und der zweiten Abführleitung (80, 82) verteilt werden, um dadurch unabhängig die Strömungsrate des Öls in der ersten und der zweiten Abführleitung einzustellen.