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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Generatormodul für einen seriellen hybriden Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
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Ein serieller hybrider Antriebsstrang weist eine als Generatormodul ausgebildete elektrische Maschine auf, die an einen Verbrennungsmotor angebunden ist. Das Generatormodul weist eine Leistungselektronikeinheit auf, die in elektrischer Verbindung mit einer Batterie steht, und durch die, wenn das Generatormodul vom Verbrennungsmotor angetrieben wird, elektrischer Strom in die Batterie eingespeist wird. Die Batterie steht weiterhin in elektrischer Verbindung mit einer weiteren Leistungselektronikeinheit einer weiteren elektrischen Maschine. Die weitere elektrische Maschine bezieht über die weitere Leistungselektronikeinheit Strom von der Batterie und ist als Fahrmotor des seriellen hybriden Antriebsstrangs ausgebildet, der Antriebsräder des Kraftfahrzeugs antreibt.
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Üblicherweise wird ein solches Generatormodul, ggf. zusammen mit dem Verbrennungsmotor, an den es angebunden ist, auch als Range Extender bezeichnet, da es in der Lage ist, die Batterie des elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugs während der Fahrt zu laden und somit die Reichweite des elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugs zu erhöhen. Der Verbrennungsmotor kann dabei in seinem optimalen Betriebspunkt betrieben werden, d.h. den eingesetzten Kraftstoff bestmöglich in rotatorische Energie umwandeln, wodurch das Generatormodul die Ausbeute der elektrischen Energie aus dem eingesetzten Kraftstoff maximieren kann.
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Aus der
US 2011/0036652 A1 ist ein Generatormodul bekannt, das auf den Oberbegriff des Anspruchs 1 lesbar ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein funktionssicheres, robustes und kostengünstiges Generatormodul anzugeben.
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Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch ein Generatormodul gemäß Anspruch 1 für einen seriellen hybriden Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs und zur direkten Anbindung an einen Verbrennungsmotor, mit einem Modulgehäuse, einem bezüglich des Modulgehäuses ortsfesten Stator, der innerhalb des Modulgehäuses angeordnet ist, einem zum Stator um eine Drehachse verdrehbaren Rotor, der innerhalb des Modulgehäuses angeordnet ist und von einem Rotorträger getragen ist, der drehfest mit dem Verbrennungsmotor verbindbar ist, wobei das Modulgehäuse für die eingangsseitige mittelbare oder unmittelbare Anbindung des Rotorträgers an eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors eine Eingangsöffnung aufweist.
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Da das Modulgehäuse in axialer Richtung des Generatormoduls gegenüber der Eingangsöffnung durch einen Bodenabschnitt geschlossen ist, und da das Modulgehäuse gleichzeitig einteilig ausgebildet ist, wird ein kostengünstiger und robuster Aufbau ermöglicht.
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„Drehfest mit dem Verbrennungsmotor verbindbar“ bedeutet, dass zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Rotorträger bzw. dem Rotor keine Relativverdrehung möglich ist. Insbesondere bedeutet dies, dass zwischen dem Rotorträger und dem Verbrennungsmotor kein Torsionsschwingungsdämpfer, beispielsweise in Form eines Zweimassenschwungrads, angeordnet ist. Somit weist insbesondere das dargestellte Generatormodul keinen Torsionsschwingungsdämpfer innerhalb seines Modulgehäuses auf.
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„In axialer Richtung gegenüber der Eingangsöffnung geschlossen“ bedeutet, dass das Generatormodul keine Abtriebsseite bzw. rotatorische Ausgangsseite aufweist. Das Generatormodul kann daher nicht zwischen einen Verbrennungsmotor und ein Getriebe geschaltet werden, sondern dient lediglich der Umwandlung von eingehender Rotationsenergie in ausgehende elektrische Energie, und nicht der Weitergabe oder elektromotorischen Erzeugung von Rotationsenergie. Ein solches Generatormodul wird üblicherweise auch als Range Extender bezeichnet, da es in der Lage ist, die Batterie eines elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugs während der Fahrt zu laden und somit die Reichweite des elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugs zu erhöhen. Der Verbrennungsmotor kann dabei in seinem optimalen Betriebspunkt betrieben werden, d.h. den eingesetzten Kraftstoff bestmöglich in rotatorische Energie umwandeln, wodurch das Generatormodul die Ausbeute der elektrischen Energie aus dem eingesetzten Kraftstoff maximieren kann.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Reibungskupplung sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
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Vorzugsweise ist eine Leistungselektronikeinheit auf einer Außenseite des Modulgehäuses fest mit dem Modulgehäuse verbunden. Die Leistungselektronikeinheit ist durch einen Wandabschnitt des Modulgehäuses hindurch zumindest mit dem Stator elektrisch verbunden. Hierdurch ist ein kostengünstiger und robuster Aufbau des Generatormoduls möglich.
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Weiter vorzugsweise ist ein Kühlmittelkanal in radialer Richtung des Generatormoduls zwischen dem Stator und einem oder dem Wandabschnitt des Modulgehäuses ausgebildet. Hierdurch ist ein kostengünstiger und robuster Aufbau des Generatormoduls möglich.
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Es ist von Vorteil, wenn ein Rotorlagesensor innerhalb des Modulgehäuses am Bodenabschnitt befestigt ist und ausgebildet ist, die Winkellage des Rotors zu erfassen. Hierdurch ist ein funktionssicherer und robuster Aufbau des Generatormoduls möglich.
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der Bodenabschnitt, an dem der Rotorlagesensor befestigt ist, innerhalb des Modulgehäuses in Richtung der Eingangsöffnung vorspringt, und der Rotorlagesensor sich mit Rotormagneten des Rotors in axialer Richtung überlappt. Hierdurch ist ein kostengünstiger und robuster Aufbau des Generatormoduls möglich.
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Der Bodenabschnitt springt innerhalb des Modulgehäuses in Richtung der Eingangsöffnung vor und weist ein Radiallager, vorzugsweise ein Radiaxlager, auf, durch das der Rotorträger verdrehbar gelagert ist. Hierdurch ist ein kostengünstiger und robuster Aufbau des Generatormoduls möglich.
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Der Rotorträger ist innerhalb des Radiallagers oder Radiaxlagers mit einer Zwischennabe, vorzugsweise über eine Steckverzahnung, drehfest verbunden, und die Zwischennabe ist über ein Schwungrad und/oder eine Flexplate drehfest mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbindbar. Hierdurch ist ein kostengünstiger und robuster Aufbau des Generatormoduls möglich.
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In axialer Richtung zwischen dem Rotorträger auf der einen Seite und dem Schwungrad und/oder der Flexplate auf der anderen Seite ist ein Dichtblech vorgesehen. Hierdurch ist ein funktionssicherer und robuster Aufbau des Generatormoduls möglich.
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Das Dichtblech ist drehfest mit einem Statorträger, durch den der Stator im Inneren des Modulgehäuses getragen wird, verbunden und liegt gleitbeweglich dichtend an einer an der Zwischennabe vorgesehenen Dichtung an. Hierdurch ist ein funktionssicherer und robuster Aufbau des Generatormoduls möglich.
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn ein oder der Rotorlagesensor in radialer Richtung außerhalb des Radiallagers oder Radiaxlagers angeordnet ist und axialer Richtung zwischen dem Bodenabschnitt und dem Rotorträger angeordnet ist. Hierdurch ist ein funktionssicherer und robuster Aufbau des Generatormoduls möglich.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den zugehörigen Figuren näher erläutert. In diesen zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiel eines seriellen hybriden Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug mit einem Generatormodul,
- 2: eine Schnittansicht eines ersten, nicht erfindungsgemäßen Generatormoduls, das im seriellen hybriden Antriebsstrang, der in 1 dargestellt ist, eingesetzt wird bzw. eingesetzt werden kann,
- 3: eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Generatormoduls, das im seriellen hybriden Antriebsstrang, der in 1 dargestellt ist, eingesetzt wird bzw. eingesetzt werden kann, und
- 4: eine Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines Generatormoduls, das im seriellen hybriden Antriebsstrang, der in 1 dargestellt ist, eingesetzt wird bzw. eingesetzt werden kann.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines seriellen hybriden Antriebsstrang 25 in einem Kraftfahrzeug 3 schematisch dargestellt. Der serielle hybride Antriebsstrang 25 weist eine als Generatormodul 1 ausgebildete elektrische Maschine auf, die direkt an einen Verbrennungsmotor 2 angebunden ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verbrennungsmotor 2 in Front-Quer-Bauweise eingebaut, d.h. quer zu Längsachse des Kraftfahrzeugs 3 zwischen Vorderrädern 31 des Kraftfahrzeugs 3 angeordnet. Das Generatormodul 1 weist eine Leistungselektronikeinheit 12 auf, die in elektrischer Verbindung mit einer Batterie 26 steht, und durch die, wenn das Generatormodul 1 vom Verbrennungsmotor 2 angetrieben wird, elektrischer Strom in die Batterie 26 eingespeist wird.
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Die Batterie 26 steht weiterhin in elektrischer Verbindung mit einer weiteren Leistungselektronikeinheit 28 einer weiteren elektrischen Maschine 27. Die weitere elektrische Maschine 27 bezieht über die weitere Leistungselektronikeinheit 28 Strom von der Batterie 26 und ist als Fahrmotor des seriellen hybriden Antriebsstrangs 25 ausgebildet. Über ein Differential 29 und damit verbundene Gelenkwellen treibt der Fahrmotor vorzugsweise Hinterräder 32 des Kraftfahrzeugs 3 an, wobei der Fahrmotor vorzugsweise zwischen den Hinterrädern 32 angeordnet ist, und das Kraftfahrzeug 3 vorzugsweise mit Heckantrieb ausgebildet ist. Obwohl es nicht dargestellt ist, kann der hybride Antriebsstrang 25 auch in einem frontgetriebenen oder allradgetriebenen Kraftfahrzeug 3 integriert sein.
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Eine Kühlereinheit 30 ist über einen entsprechenden Kühlkreislauf fluidisch mit dem Generatormodul 1, genauer gesagt der Leistungselektronikeinheit 12 des Generatormoduls 1, verbunden und vorzugsweise gleichermaßen mit der weiteren elektrischen Maschine 27, genauer gesagt der weiteren Leistungselektronikeinheit 28 der weiteren elektrischen Maschine 27, verbunden, um selbige im Betrieb zu kühlen, d.h. deren Wärme abzuführen.
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Üblicherweise wird ein solches Generatormodul 1, ggf. zusammen mit dem Verbrennungsmotor 2, an den es angebunden ist, auch als Range Extender bezeichnet, da es in der Lage ist, die Batterie 26 des elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugs 3 während der Fahrt zu laden und somit die Reichweite des elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugs 3 zu erhöhen. Der Verbrennungsmotor 2 kann dabei in seinem optimalen Betriebspunkt betrieben werden, d.h. den eingesetzten Kraftstoff bestmöglich in rotatorische Energie umwandeln, wodurch das Generatormodul 1 die Ausbeute der elektrischen Energie aus dem eingesetzten Kraftstoff maximieren kann.
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Obwohl es nicht dargestellt ist, ist es jedoch auch möglich, dass das Generatormodul 1 ohne Zwischenschaltung der Batterie 26 die weitere elektrische Maschine 27 direkt mit Strom versorgt.
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In den nachfolgenden 2 bis 4 sind drei verschiedene Ausführungsbeispiele von Generatormodulen 1 dargestellt, die gleichermaßen im mit Bezug auf 1 beschriebenen seriellen hybriden Antriebsstrang 25 zum Einsatz kommen können. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren betreffen gleiche Merkmale, wobei der grundlegende, allen Ausführungsbeispielen gemeine Aufbau des Generatormoduls 1 mit Bezug auf das in 2 dargestellte, erste Ausführungsbeispiel des Generatormoduls 1 erläutert wird, und bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen lediglich auf die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel eingegangen wird.
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In 2 ist das erste, nicht erfindungsgemäße Generatormodul 1, das im serielle hybriden Antriebsstrang 25, der in 1 dargestellt ist, bzw. im damit ausgestatteten Kraftfahrzeug 3 eingesetzt wird bzw. eingesetzt werden kann, in einer Schnittansicht gezeigt. Das besagte Generatormodul 1 ist zur direkten Anbindung 8 an den Verbrennungsmotor 2 des Kraftfahrzeugs 3 ausgebildet, bzw. direkt an eine Kurbelwelle 9 des Verbrennungsmotors 2 des Kraftfahrzeugs 3 angebunden. Vorzugsweise erfolgt die Anbindung 8 drehfest, insbesondere durch Verschraubung eines Rotorträgers 7 des Generatormoduls 1 und/oder eines Schwungrads 20 des Generatormoduls 1 mit der Kurbelwelle 9 des Verbrennungsmotors 2.
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Das Generatormodul 1 ist mit einem Modulgehäuse 4 ausgestattet. Das Modulgehäuse 4 kann als Gussbauteil aus Leichtmetall, beispielsweise aus einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung hergestellt sein. Ferner kann das Modulgehäuse 4 im letzten Schritt der Verbindung des Generatormoduls 1 mit dem Verbrennungsmotor 2 des Kraftfahrzeugs 3 mit einem Motorblock des Verbrennungsmotors 2 verschraubt werden. Mit Bezug auf 2 kann diese Verschraubung von links erfolgen. Die Abdichtung des Generatormoduls 1 gegenüber z.B. Schmutzwasser erfolgt über ein Abdichtelement 33 zwischen Modulgehäuse 4 und Motorblock des Verbrennungsmotors 2.
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Ferner weist das Generatormodul 1 eine bezüglich des Modulgehäuses 4 ortsfesten Stator 5 auf, der innerhalb des Modulgehäuses 4 angeordnet ist. Elektromagneten des Stators 5 sind durch einen Wandabschnitt 13 des Modulgehäuses 4 hindurch elektrisch kontaktiert. Ein Statorträger 24 trägt den Stator 5, genauer gesagt die Elektromagneten des Stators 5, im Inneren des Modulgehäuses 4. Mit Bezug auf 2 ist der Statorträger 24 von rechts mit dem Modulgehäuse 4 verbunden, insbesondere verschraubt.
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Darüber hinaus weist das Generatormodul 1 einen relativ zum Stator 5 um eine Drehachse D verdrehbaren Rotor 6 auf, der innerhalb des Modulgehäuses 4 angeordnet ist und vom zuvor erwähnten Rotorträger 7 getragen ist, der drehfest mit dem Verbrennungsmotor 2 verbindbar ist. Genauer gesagt sind im dargestellten Ausführungsbeispiel Rotormagnete 16 auf einer Außenwand des im Wesentlichen topfförmigen oder kragenförmigen Rotorträgers 7 befestigt. Dabei ist das Generatormodul 1 bevorzugt als Innenläufer ausgebildet, d.h. der Rotor 6 ist in radialer Richtung R innerhalb des Stators 5 verdrehbar angeordnet.
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Ein Kühlmittelkanal 14 ist in radialer Richtung R des Generatormoduls 1 zwischen dem Stator 5 und einem bzw. dem zuvor genannten Wandabschnitt 13 des Modulgehäuses 4 ausgebildet. Genauer gesagt ist der Kühlmittelkanal 14 in radialer Richtung R zwischen einer Außenseite des Statorträgers 24 und einer Innenseite des Wandabschnitts 13 des Modulgehäuses 4 ausgebildet. Der Kühlmittelkanal 14 ist fluidisch und unter Ausbildung eines Kühlkreislaufes mit der fahrzeugseitigen Kühlereinheit 30 verbunden. Vorzugsweise wird der Kühlmittelkanal 14 von einem Wasser/Glykol-Gemisch durchströmt, wobei der Kühlkreislauf hierfür vorzugsweise ein Expansionsventil aufweist. Jedoch ist auch eine Kühlung mittels Öl möglich, wobei der Kühlkreislauf hierfür vorzugsweise ein eine Pumpe 35 aufweist.
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Das Modulgehäuse 4 weist ferner für die eingangsseitige mittelbare oder unmittelbare Anbindung 8 des Rotorträgers 7 an die Kurbelwelle 9 des Verbrennungsmotors 2 eine Eingangsöffnung 10 auf. Dabei ist das Modulgehäuse 4 in axialer Richtung A des Generatormoduls 1 gegenüber der Eingangsöffnung 10 durch einen Bodenabschnitt 11 geschlossen. Der Bodenabschnitt 11 erstreckt sich im Wesentlichen in radialer Richtung R und geht in seinem radialen Außenbereich in den Wandabschnitt 13 bzw. in die Wandabschnitte 13 des Modulgehäuses 4 über. Der Wandabschnitt 13 erstreckt bzw. die Wandabschnitte 13 erstecken sich im Wesentlichen in axialer Richtung A. In seinem radialen Innenbereich kann der Bodenabschnitt 11 innerhalb des Modulgehäuses 4 in Richtung der Eingangsöffnung 10, d.h. mit Bezug auf 2 nach rechts, vorspringen. Der Bodenabschnitt 11 und der Wandabschnitt 13 bzw. die Wandabschnitte 13 sind einteilig ausgebildet, d.h. das gesamte Modulgehäuse 4 ist einteilig ausgebildet, und wie bereits zuvor erwähnt vorzugsweise als Gussbauteil hergestellt.
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Die bereits zuvor erwähnte Leistungselektronikeinheit 12 ist auf einer Außenseite des Modulgehäuses 4 fest mit dem Modulgehäuse 4 verbunden. Durch den jeweiligen Wandabschnitt 13 des Modulgehäuses 4 hindurch ist die Leistungselektronikeinheit 12 zumindest mit dem Stator 5 elektrisch verbunden. Die elektrische Verbindung erfolgt beispielsweise über einen dreiphasigen Anschluss, der in radialer Richtung R den jeweiligen Wandabschnitt 13 des Modulgehäuses 4 durchdringt. Obwohl dies nicht dargestellt ist, ist es auch möglich, dass die Leistungselektronikeinheit 12 nicht generatormodulseitig fest vorgesehen ist, sondern fahrzeugseitig fest vorgesehen ist, so dass ausschließlich eine elektrische Verbindung mit dem Generatormodul 1 vorliegt.
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Ein Rotorlagesensor 15 ist innerhalb des Modulgehäuses 4 am Bodenabschnitt 11 befestigt und ausgebildet, die Winkellage des Rotors 6 zu erfassen. Hierzu ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der Rotor 6, genauer gesagt der Rotorträger 7, mit einem entsprechend konfigurierten Geberblech versehen, dessen Winkellage vom Rotorlagesensor 15 beispielsweise optisch oder induktiv erfasst werden kann. Auch der Rotorlagesensor 15 kann elektrisch mit der der Leistungselektronikeinheit 12 durch den jeweiligen Wandabschnitt 13 des Modulgehäuses 4 verbunden sein.
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Die Befestigung des Rotorlagesensors 15 am Bodenabschnitt 11, insbesondere am ins Innere des Modulgehäuses 4 vorspringenden Bereich des Bodenabschnitts 11, erfolgt vorzugsweise mittels Verschraubung von der gleichen Seite wie die Verschraubung des Statorträgers 24 mit dem Modulgehäuse 4, d.h. von der Eingangsöffnung 10 her und mit Bezug auf 2 von rechts aus. Im dargestellten Ausführungsbeispiel überlappt sich der Rotorlagesensor 15 mit den Rotormagneten 16 des Rotors 6 in axialer Richtung A und mit dem Stator 5, d.h. der Rotorlagesensor 15, die Rotormagneten 16 und der Stator 5 sind vorzugsweise in derselben Radialebene angeordnet.
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Um das Massenträgheitsmoment des Rotors 6 zu erhöhen, kann das bereits zuvor erwähnte Schwungrad 20 zusammen mit dem Rotorträger 7 im Bereich der Eingangsöffnung 10 mit der Kurbelwelle 9 des Verbrennungsmotors 2 verschraubt sein. Dabei handelt es sich um eine verbrennungsmotorseitig vormontierte Baugruppe aus Rotor 6 und Schwungrad 20, die zur abschließenden Montage des Generatormoduls 1 am Verbrennungsmotor 2 von der Eingangsöffnung 10 kommend ins Innere des mit dem Stator 5 und dem Rotorlagesensor 15 vormontierten Modulgehäuses 4 eingeschoben wird. Dabei wird im dargestellten Ausführungsbeispiel der Rotor 6 und das Schwungrad 20 ausschließlich außerhalb des Modulgehäuses 4 verdrehbar gelagert, beispielsweise über die Kurbelwelle 9 des Verbrennungsmotors. Abschließend erfolgt die Verschraubung des Modulgehäuses 4 mit dem Motorblock des Verbrennungsmotors 2, ggf. unter Zwischenlage einer Dichtung.
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In 3 ist das zweite Ausführungsbeispiel des Generatormoduls 1, das im serielle hybriden Antriebsstrang 25, der in 1 dargestellt ist, bzw. im damit ausgestatteten Kraftfahrzeug 3 eingesetzt wird bzw. eingesetzt werden kann, in einer Schnittansicht gezeigt. Das besagte Generatormodul 1 ist zur direkten Anbindung 8 an den Verbrennungsmotor 2 des Kraftfahrzeugs 3 ausgebildet, bzw. direkt an eine Kurbelwelle 9 des Verbrennungsmotors 2 des Kraftfahrzeugs 3 angebunden. Vorzugsweise erfolgt die Anbindung 8 drehfest, insbesondere durch Verschraubung eines Rotorträgers 7 des Generatormoduls 1 und/oder eines Schwungrads 20 des Generatormoduls 1 mit der Kurbelwelle 9 des Verbrennungsmotors 2.
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Das Generatormodul 1 ist mit einem Modulgehäuse 4 ausgestattet. Das Modulgehäuse 4 kann als Gussbauteil aus Leichtmetall, beispielsweise aus einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung hergestellt sein. Ferner kann das Modulgehäuse 4 im letzten Schritt der Verbindung des Generatormoduls 1 mit dem Verbrennungsmotor 2 des Kraftfahrzeugs 3 mit einem Motorblock des Verbrennungsmotors 2 verschraubt werden. Mit Bezug auf 3 kann diese Verschraubung von links erfolgen.
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Ferner weist das Generatormodul 1 eine bezüglich des Modulgehäuses 4 ortsfesten Stator 5 auf, der innerhalb des Modulgehäuses 4 angeordnet ist. Elektromagneten des Stators 5 sind durch einen Wandabschnitt 13 des Modulgehäuses 4 hindurch elektrisch kontaktiert. Ein Statorträger 24 trägt den Stator 5, genauer gesagt die Elektromagneten des Stators 5, im Inneren des Modulgehäuses 4. Mit Bezug auf 3 ist der Statorträger 24 von rechts mit dem Modulgehäuse 4 verbunden, insbesondere verschraubt.
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Darüber hinaus weist das Generatormodul 1 einen relativ zum Stator 5 um eine Drehachse D verdrehbaren Rotor 6 auf, der innerhalb des Modulgehäuses 4 angeordnet ist und vom zuvor erwähnten Rotorträger 7 getragen ist, der drehfest mit dem Verbrennungsmotor 2 verbindbar ist. Genauer gesagt sind im dargestellten Ausführungsbeispiel Rotormagnete 16 auf einer Außenwand des im Wesentlichen topfförmigen oder kragenförmigen Rotorträgers 7 befestigt. Dabei ist das Generatormodul 1 bevorzugt als Innenläufer ausgebildet, d.h. der der Rotor 6 ist in radialer Richtung R innerhalb des Stators 5 verdrehbar angeordnet.
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Ein Kühlmittelkanal 14 ist in radialer Richtung R des Generatormoduls 1 zwischen dem Stator 5 und einem bzw. dem zuvor genannten Wandabschnitt 13 des Modulgehäuses 4 ausgebildet. Genauer gesagt ist der Kühlmittelkanal 14 in radialer Richtung R zwischen einer Außenseite des Statorträgers 24 und einer Innenseite des Wandabschnitts 13 des Modulgehäuses 4 ausgebildet. Der Kühlmittelkanal 14 ist fluidisch und unter Ausbildung eines Kühlkreislaufes mit der fahrzeugseitigen Kühlereinheit 30 verbunden. Vorzugsweise wird der Kühlmittelkanal 14 von einem Wasser/Glykol-Gemisch durchströmt, wobei der Kühlkreislauf hierfür vorzugsweise ein Expansionsventil aufweist. Jedoch ist auch eine Kühlung mittels Öl möglich, wobei der Kühlkreislauf hierfür vorzugsweise eine Pumpe 35 aufweist.
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Das Modulgehäuse 4 weist ferner für die eingangsseitige mittelbare oder unmittelbare Anbindung 8 des Rotorträgers 7 an die Kurbelwelle 9 des Verbrennungsmotors 2 eine Eingangsöffnung 10 auf. Dabei ist das Modulgehäuse 4 in axialer Richtung A des Generatormoduls 1 gegenüber der Eingangsöffnung 10 durch einen Bodenabschnitt 11 geschlossen. Der Bodenabschnitt 11 erstreckt sich im Wesentlichen in radialer Richtung R und geht in seinem radialen Außenbereich in den Wandabschnitt 13 bzw. in die Wandabschnitte 13 des Modulgehäuses 4 über. Der Wandabschnitt 13 erstreckt bzw. die Wandabschnitte 13 erstecken sich im Wesentlichen in axialer Richtung A. In seinem radialen Innenbereich kann der Bodenabschnitt 11 innerhalb des Modulgehäuses 4 in Richtung der Eingangsöffnung 10, d.h. mit Bezug auf 3 nach rechts, vorspringen. Der Bodenabschnitt 11 und der Wandabschnitt 13 bzw. die Wandabschnitte 13 sind einteilig ausgebildet, d.h. das gesamte Modulgehäuse 4 ist einteilig ausgebildet, und wie bereits zuvor erwähnt vorzugsweise als Gussbauteil hergestellt.
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Die bereits zuvor erwähnte Leistungselektronikeinheit 12 ist auf einer Außenseite des Modulgehäuses 4 fest mit dem Modulgehäuse 4 verbunden. Durch den jeweiligen Wandabschnitt 13 des Modulgehäuses 4 hindurch ist die Leistungselektronikeinheit 12 zumindest mit dem Stator 5 elektrisch verbunden. Die elektrische Verbindung erfolgt beispielsweise über einen dreiphasigen Anschluss, der in radialer Richtung R den jeweiligen Wandabschnitt 13 des Modulgehäuses 4 durchdringt. Obwohl dies nicht dargestellt ist, ist es auch möglich, dass die Leistungselektronikeinheit 12 nicht generatormodulseitig fest vorgesehen ist, sondern fahrzeugseitig fest vorgesehen ist, so dass ausschließlich eine elektrische Verbindung mit dem Generatormodul 1 vorliegt.
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Ein Rotorlagesensor 15 ist innerhalb des Modulgehäuses 4 am Bodenabschnitt 11 befestigt und ausgebildet, die Winkellage des Rotors 6 zu erfassen. Hierzu ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der Rotor 6, genauer gesagt der Rotorträger 7, mit einem entsprechend konfigurierten Geberblech versehen, dessen Winkellage vom Rotorlagesensor 15 beispielsweise optisch oder induktiv erfasst werden kann. Auch der Rotorlagesensor 15 kann elektrisch mit der der Leistungselektronikeinheit 12 durch den jeweiligen Wandabschnitt 13 des Modulgehäuses 4 verbunden sein.
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Die Befestigung des Rotorlagesensors 15 am Bodenabschnitt 11, insbesondere am ins Innere des Modulgehäuses 4 vorspringenden Bereich des Bodenabschnitts 11, erfolgt vorzugsweise mittels Verschraubung von der gleichen Seite wie die Verschraubung des Statorträgers 24 mit dem Modulgehäuse 4, d.h. von der Eingangsöffnung 10 her und mit Bezug auf 3 von rechts aus.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Bodenabschnitt 11 innerhalb des Modulgehäuses 4, vorzugsweise innerhalb seines in Richtung der Eingangsöffnung 10 vorspringenden Bereichs und vorzugsweise in radialer Richtung weiter innen als der Rotorlagesensor 15, ein Radiallager, vorzugsweise ein radiale und axiale Kräfte aufnehmendes Radiaxlager 17, auf, durch das der Rotorträger 7 verdrehbar im und durch das Modulgehäuse 4 gelagert ist. Somit ist der Rotorlagesensor 15 in radialer Richtung R außerhalb des Radiallagers oder Radiaxlagers 17 angeordnet und axialer Richtung A zwischen dem Bodenabschnitt 11 und dem Rotorträger 7 angeordnet.
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Der Rotorträger 7 ist innerhalb des Radiallagers oder Radiaxlagers 17 mit einer Zwischennabe 18, vorzugsweise über eine Steckverzahnung 19, drehfest verbunden. Ferner ist die Zwischennabe 18 über ein Schwungrad 20 und/oder eine Flexplate 21 drehfest mit der Kurbelwelle 9 des Verbrennungsmotors 2 verbindbar.
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In axialer Richtung A zwischen dem Rotorträger 7 auf der einen Seite und dem Schwungrad 20 und/oder der Flexplate 21 auf der anderen Seite ist ein Dichtblech 22 vorgesehen. Das Dichtblech 22 ist drehfest mit dem Statorträger 24, durch den der Stator 5 im Inneren des Modulgehäuses 4 getragen wird, verbunden. Mit Bezug auf 3 ist das Dichtblech 22 mit dem Statorträger 24 und dem Modulgehäuse 4 von rechts, d.h. von der Eingangsöffnung 10 her, verschraubt.
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Ferner liegt das Dichtblech 22 gleitbeweglich dichtend an einer an der Zwischennabe 18 vorgesehenen Dichtung 23, die vorzugsweise als Dichtring ausgebildet ist, an. Im dargestellten Ausführungsbeispiel überlappt sich die Dichtung 23 mit den Rotormagneten 16 des Rotors 6 in axialer Richtung A und mit dem Stator 5, d.h. die Dichtung 23, die Rotormagneten 16 und der Stator 5 sind vorzugsweise in derselben Radialebene angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist es nicht mehr nötig, das Modulgehäuse 4 und den Motorblock des Verbrennungsmotors 2 gegeneinander zu dichten. Diese Funktion übernimmt das Dichtblech 22 und der Dichtring 23.
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Um das Massenträgheitsmoment des Rotors 6 zu erhöhen, kann das bereits zuvor erwähnte Schwungrad 20 in seinem radialen Innenbereich drehfest mit der Zwischennabe 18 verbunden sein, beispielsweise verstemmt, aufgeschrumpft, in Umfangsrichtung vernietet oder verschraubt. In seinem radialen Außenbereich ist das Schwungrad 20 mit dem radialen Außenbereich der Flexplate 21 verschraubt, die in ihrem radialen Innenbereich mit der Kurbelwelle 9 des Verbrennungsmotors 2 verschraubt ist.
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Es ist möglich, dass die Baugruppe aus Zwischennabe 18 - mit der vorzugsweise als Dichtring ausgebildeten Dichtung 23 - Schwungrad 20 und Flexplate 21 verbrennungsmotorseitig vormontiert ist, und zur abschließenden Montage des Generatormoduls 1 am Verbrennungsmotor 2 von der Eingangsöffnung 10 kommend in das Modulgehäuse 4 eingeschoben wird, wobei mittels der Steckverzahnung 19 die Zwischennabe 18 drehfest in den generatormodulseitig drehbar gelagerten Rotorträger 7 eingeschoben wird. Ebenso ist es möglich, dass die Zwischennabe 18 - mit der vorzugsweise als Dichtring ausgebildeten Dichtung 23 - und das Schwungrad 20 generatormodulseitig vormontiert sind, und zur abschließenden Montage des Generatormoduls 1 am Verbrennungsmotor 2 das Schwungrad 20 mit der verbrennungsmotorseitig vormontierten Flexplate 21 verschraubt wird.
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In 4 ist das dritte Ausführungsbeispiel des Generatormoduls 1, das im serielle hybriden Antriebsstrang 25, der in 1 dargestellt ist, bzw. im damit ausgestatteten Kraftfahrzeug 3 eingesetzt wird bzw. eingesetzt werden kann, in einer Schnittansicht gezeigt. Das besagte Generatormodul 1 ist zur direkten Anbindung 8 an den Verbrennungsmotor 2 des Kraftfahrzeugs 3 ausgebildet, bzw. direkt an eine Kurbelwelle 9 des Verbrennungsmotors 2 des Kraftfahrzeugs 3 angebunden. Vorzugsweise erfolgt die Anbindung 8 drehfest, insbesondere durch Verschraubung eines Rotorträgers 7 des Generatormoduls 1 und/oder eines Schwungrads 20 des Generatormoduls 1 mit der Kurbelwelle 9 des Verbrennungsmotors 2.
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Im Unterschied zum zweiten Ausführungsbeispiel weist das dritte Ausführungsbeispiel einen auf der Außenwand des Modulgehäuses 4 vorgesehenen Wärmetauscher 34 auf, der unter Ausbildung eines Kühlkreislaufes fluidisch mit dem Kühlmittelkanal 14 und einer Pumpe 35 verbunden ist. Die fluidische Verbindung erfolgt vorzugsweise durch entsprechende Bohrungen im Modulgehäuse 4, genauer gesagt im Bodenabschnitt 11 und ggf. im Wandabschnitt 13. Als Kühlmittel kommt Öl zum Einsatz. Die Pumpe 35 ist vorzugsweise von der Zwischennabe angetrieben, wobei die Pumpenwelle über eine Steckverzahnung in die Zwischenwelle eingeschoben ist.
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Die vorangegangenen Ausführungsbeispiele betreffen ein Generatormodul 1 für einen seriellen hybriden Antriebsstrang 25 eines Kraftfahrzeugs 3 und zur direkten Anbindung 8 an einen Verbrennungsmotor 2, mit einem Modulgehäuse 4, einem bezüglich des Modulgehäuses 4 ortsfesten Stator 5, der innerhalb des Modulgehäuses 4 angeordnet ist, einem zum Stator 5 um eine Drehachse D verdrehbaren Rotor 6, der innerhalb des Modulgehäuses 4 angeordnet ist und von einem Rotorträger 7 getragen ist, der drehfest mit dem Verbrennungsmotor 2 verbindbar ist, wobei das Modulgehäuse 4 für die eingangsseitige mittelbare oder unmittelbare Anbindung 8 des Rotorträgers 7 an eine Kurbelwelle 9 des Verbrennungsmotors 2 eine Eingangsöffnung 10 aufweist, wobei das Modulgehäuse 4 in axialer Richtung A des Generatormoduls 1 gegenüber der Eingangsöffnung 10 durch einen Bodenabschnitt 11 geschlossen ist, und wobei das Modulgehäuse 4 einteilig ausgebildet ist. Ferner betreffen die vorangegangenen Ausführungsbeispiele einen seriellen hybriden Antriebsstrang 25 für ein Kraftfahrzeug 3, mit einem Generatormodul 1, das direkt an einen Verbrennungsmotor 2 angebunden ist, sowie einer weiteren elektrischen Maschine 27 zum Antrieb des Kraftfahrzeugs 3.