DE10027360A1

DE10027360A1 - Dreh-Energieumsetzer für ein Hybrid-Elektrofahrzeug

Info

Publication number: DE10027360A1
Application number: DE10027360A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Seguchi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-06-04
Filing date: 2000-06-02
Publication date: 2000-12-07
Also published as: JP2000350309A; US6380653B1

Abstract

Ein Dreh-Energieumsetzer ist zusammengesetzt aus einem Stator (1210), der an einem zylinderförmigen Gehäuse befestigt ist, und einem ersten Rotor (1350) und einem zweiten Rotor (1310), der drehbar in dem Gehäuse gehaltert ist. Der erste Rotor wird durch eine Brennkraftmaschine (100) angetrieben und es wird elektrische Energie dem Stator von einer Batterie (600) aus zugeführt, wobei ein sich drehendes Magnetfeld in dem Stator erzeugt wird. Es wird Drehenergie elektromagnetisch von dem ersten Rotor auf den zweiten Rotor übertragen, der mit den angetriebenen Rädern (700) eines Fahrzeugs verbunden ist. Die Größe der Drehenergie des zweiten Rotors wird dadurch eingestellt, indem der elektrische Strom gesteuert wird, der dem Stator zugeführt wird. Die Batterie führt entweder Energie zu oder empfängt Energie gemäß der Größe der Drehenergie des zweiten Rotors. Da der elektrische Strom lediglich dem Stator zugeführt wird, der starr in dem Gehäuse aufgenommen ist, ist keine elektrische Zuführeinrichtung mit Schleifringen und Bürsten erforderlich. Daher kann der Dreh-Energieumsetzer in der Größe klein ausgeführt werden und seine Zuverlässigkeit wird verbessert.

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehenergieumsetzer, der eine Ausgangsgröße einer Brennkraftmaschine in eine Antriebskraft eines Hybrid-Elektrofahrzeugs umsetzt, welches durch Kombination der Maschinenenergie und einer elektrischen Energie an getrieben wird.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Eine Vorrichtung zum Antreiben eines Hybrid-Elektrofahrzeugs durch Kombination einer Maschine und einer Batterie ist in der JP-A-8-251710 offenbart. Bei dieser Vor richtung ist eine elektrische Kupplung zum Ändern einer Drehzahl der Maschine und ein Elektromotor zum Unterstützen eines Antriebsdrehmoments des Fahrzeugs vorge sehen. Die Vorrichtung trägt dazu bei, um Antriebsenergie einzusparen und um schädli ches Abgas zu reduzieren. Es ist jedoch bei dieser Vorrichtung erforderlich, eine elektri sche Zuführung vorzusehen, die aus Bürsten und Schleifringen zusammengesetzt ist, um elektrischen Strom dem Motor zuzuführen. Die elektrische Zuführung ist häufig hin sichtlich der Haltbarkeit oder Zuverlässigkeit der Vorrichtung nachteilig.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das oben erläuterte Problem entwic kelt und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zu schaffen, um eine Maschinenausgangsgröße in eine Antriebsenergie eines Hybrid- Fahrzeugs in einer gesteuerten Weise umzusetzen, und um spezieller einen zuverlässi gen Dreh-Energieumsetzer zu schaffen, der keine elektrische Zuführung besitzt.

Der Dreh-Energieumsetzer der vorliegenden Erfindung enthält ein zylinderförmig ge staltetes Gehäuse, einen ersten Stator, einen ersten Rotor, einen zweiten Rotor und einen zweiten Stator, deren Statoren und Rotoren alle in dem zylinderförmig gestalteten Ge häuse angeordnet sind. Der erste Rotor ist mit einer Ausgangswelle einer Brennkraftma schine verbunden und wird durch die Maschine angetrieben, während der zweite Rotor mit den angetriebenen Rädern eines Automobilfahrzeugs über Untersetzungsgetriebe verbunden ist, und Drehenergie den angetriebenen Rädern zuführt. Elektrische Energie wird den Wicklungen zugeführt, die in beiden Statoren angeordnet sind, und zwar von einer Gleichstrombatterie über jeweilige Umsetzer.

Der erste Stator, der eine Dreiphasenwicklung enthält, ist in dem Gehäuse entlang der Längsmittelachse des Gehäuses fixiert. Ein sich drehendes Magnetfeld wird in dem er sten Stator dadurch erzeugt, indem ein Erregerstrom der Dreiphasenwicklung zugeführt wird. Der erste Rotor ist drehbar in dem Gehäuse gehaltert und umschließt den ersten Stator und wird durch die Maschine angetrieben. Der zweite Rotor ist ebenfalls drehbar in dem Gehäuse gehaltert, umschließt den ersten Rotor und ist mit den angetriebenen Rädern verbunden, um diese Drehenergie zuzuführen. Der zweite Stator, der eine Wicklung besitzt, ist in dem Gehäuse befestigt und umschließt den zweiten Rotor. Ein Magnetfeld wird in dem zweiten Stator erzeugt, indem elektrischer Strom diesem von der Batterie über den Umsetzer zugeführt wird.

Sowohl der erste als auch der zweite Rotor werden unter den Einfluß des sich drehenden Magnetfeldes gebracht, welches in dem ersten Stator erzeugt wird. Wenn der erste Rotor durch die Maschine in Drehung versetzt wird, wird Drehenergie elektromagnetisch auf den zweiten Rotor übertragen und treibt die angetriebenen Räder des Fahrzeugs an. Die Drehenergie des zweiten Rotors wird durch Steuern des elektrischen Stroms eingestellt, der der Dreiphasenwicklung des ersten Stators zugeführt wird. Die Batterie liefert Ener gie zu der ersten Statorwicklung oder empfängt Energie von dieser in Einklang mit dem Ausmaß der Drehenergie des zweiten Rotors. Der zweite Rotor wird unter den Einfluß des Magnetfeldes gebracht, welches in dem zweiten Stator erzeugt wird. Demzufolge schickt die Batterie Energie zu der zweiten Statorwicklung oder empfängt Energie von dieser in Einklang mit der Drehenergie des zweiten Rotors. Es wird somit die Antriebs kraft, die den angetriebenen Rädern von dem zweiten Rotor her zugeführt wird, dadurch gesteuert oder eingestellt, indem der elektrische Strom gesteuert wird, der beiden Stato ren zugeführt wird.

Da der elektrische Strom lediglich dem ersten und dem zweiten Stator zugeführt wird und nicht zu den Rotoren in dem Dreh-Energieumsetzer der vorliegenden Erfindung, besteht kein Bedarf dafür, eine elektrische Zuführung vorzusehen, die aus Schleifringen und Bürsten besteht. Daher kann der Umsetzer in der Größe kleiner ausgeführt werden und seine Zuverlässigkeit wird verbessert.

Die Positionen des ersten Rotors und des zweiten Rotors in dem Gehäuse können um gekehrt werden, so das der zweite Rotor dichter an der Mittelachse des Gehäuses ange ordnet ist. Es ist auch möglich, den zweiten Rotor in zwei Abschnitte aufzuteilen, die als Tandem verbunden sind und diese entlang der Längsmittellinie des Gehäuses zu plazie ren.

Andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich klarer aus einem besseren Verständnis der bevorzugten Ausführungsformen, die im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden:

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Gesamtkonstruktion eines Dreh-Energieumsetzers einer ersten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist eine teilweise Querschnittsansicht, die einen Hauptabschnitt des Dreh- Energieumsetzers zeigt, und zwar ausgeschnitten entlang einer Fläche senkrecht zu einer Längsachse des Umsetzers;

Fig. 3A und 3B sind Zeichnungen, die schematisch die magnetischen Flußverläufe in einem Stator und dem ersten und dem zweiten Rotor des Dreh- Energieumsetzers zeigen und auch ein relatives Drehmoment zwischen beiden Rotoren, wobei die zweite Rotorposition X zwischen θ₁ und θ₂ liegt;

Fig. 4A und 4B ähnliche Zeichnungen sind, wie diejenigen von den Fig. 3A und 3B, wobei die zweite Rotorposition X zwischen θ₂ und θ₃ liegt;

Fig. 5A und 5B ähnliche Zeichnungen wie diejenigen von den Fig. 3A und 3B sind, wobei die zweite Rotorposition X zwischen θ₃ und θ₄ liegt;

Fig. 6A-6E Zeichnungen sind, die schematisch die magnetischen Flußverläufe in einem Stator und dem ersten und dem zweiten Rotor des Dreh- Energieumsetzers zeigen, wobei der erste und der zweite Rotor im Uhr zeigersinn in Drehung versetzt werden, und zwar relativ zu dem Stator, während sie die gleiche relative Position zwischen erstem und zweitem Rotor beibehalten, wie diejenige, die in Fig. 3A gezeigt ist;

Fig. 7 ein Graph ist, der Wellenformen des Dreiphasenerregerstromes zeigt, der einer Wicklung des Stators zugeführt wird;

Fig. 8 eine Querschnittsansicht ist, die einen Dreh-Energieumsetzer als eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und

Fig. 9 eine Querschnittsansicht ist, die einen Dreh-Energieumsetzer gemäß ei ner dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in Bezug auf die Fig. 1-7 beschrieben. Um zuerst auf die Fig. 1 und 2 einzugehen, so wird die Gesamt konstruktion eines Dreh-Energieumsetzers 1000 beschrieben. Der Dreh- Energieumsetzer 1000 enthält einen Drehgeschwindigkeitseinstellabschnitt 1200, einen Drehmomenteinstellabschnitt 1400, eine Eingangswelle 1351 und eine Aus gangswelle 1335. Die Eingangswelle 1351 ist mit einer Ausgangswelle 110 der Brennkraftmaschine 100 über einen Schiebekeil (spline) 1354a verbunden, während die Ausgangswelle 1335 mit den angetriebenen Rädern 700 über Drehzahlunterset zungsgetriebe 820 und ein Differentialgetriebe 900 verbunden ist. Ein Umsetzer 200 ist mit dem die Drehzahl einstellenden Abschnitt 1200 verbunden und steuert den Erregerstrom, der diesem von einer Batterie 600 aus zugeführt wird. Ein Umsetzer 400 ist mit dem Drehmomenteinstellabschnitt 1400 verbunden und steuert den Erre gerstrom, der diesem von der Batterie 600 aus zugeführt wird. Eine elektronische Steuereinheit (ECU) 500 steuert den Betrieb der Umsetzer 200, 400 basierend auf Signalen, die von Rotorpositionssensoren 1911, 1912 zugeführt werden und basie rend auf anderen Signalen.

Spezieller gesagt, besteht der Dreh-Energieumsetzer 1000 aus Folgendem: einem ersten Stator 1210, der stabil in einem Gehäuse fixiert ist; einem ersten Rotor 1350, der drehbar in dem Gehäuse aufgenommen ist und durch die Maschine 100 ange trieben wird; einem zweiten Rotor 1310, der drehbar außerhalb des ersten Rotors 1350 gehaltert ist; und einem zweiten Stator 1410, der fest in dem Gehäuse außer halb des zweiten Rotors 1310 fixiert ist. Der erste Stator 1210 enthält eine Welle 1213, die an einen Rahmen 1710 über einen Schiebekeil 1213a (spline) fixiert ist, enthält einen zylinderförmig gestalteten Magnetkern 1212 und eine Dreiphasen wicklung 1211, die in dem Kern 1212 gewickelt ist. Der erste Rotor 1350 enthält die Eingangswelle 1351, die mit der Ausgangswelle 110 der Maschine 100 verbun den ist, die Rotorrahmen 1353, 1354, die an der Eingangswelle 1351 befestigt sind, und einen zylinderförmigen magnetischen Rotorkern 1352, der durch beide Rahmen 1353, 1354 gehaltert ist.

Der zweite Rotor 1310 enthält ein Paar von Rotorrahmen 1331, 1332, die Aus gangswelle 1335, die einstückig mit dem Rahmen 1332 ausgebildet ist, ein Zahnrad 1332a, welches an der Ausgangswelle 1355 befestigt ist und welches in Eingriff mit dem Drehzahlreduktionszahnrad 320 steht bzw. mit diesem kämmt, und enthält ei nen zylinderförmigen Rotorkern 1311, der durch beide Rahmen 1331, 1332 gehaltert ist. Der zweite Stator 1410 enthält einen Statorkern 1412 und eine Dreiphasen wicklung 1411, die in dem Statorkern 1412 gewickelt ist, wobei beide in dem Ge häuse 1720 befestigt aufgenommen sind.

Der erste Rotor 1350, der außerhalb des ersten Stators 1210 angeordnet ist, ist dreh bar durch Lager 1512, 1513 und 1514 gehaltert, die in Fig. 1 gezeigt sind, und wird durch die Maschine 100 angetrieben. Der zweite Rotor 1310, der außerhalb des er sten Rotors 1350 angeordnet ist, ist drehbar durch Lager 1510, 1511, 1512 und 1513 gehalten, wie in Fig. 1 gezeigt ist.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, enthält der Kern 1352 des ersten Rotors 1350 Pole 1352a, 1352b, 1352c . . ., die zu dem zweiten Rotor 1310 hin ragen. Der Kern 1311 des zweiten Rotors 1310 enthält Pole 1311b, die zu dem ersten Rotor 1350 hin ragen und Pole 1311a, die zu dem zweiten Stator 1410 hin ragen. Der Dreiphasenerreger strom wird der Wicklung 1211 des ersten Stators 1210 zugeführt und es wird da durch ein rotierendes Magnetfeld in dem ersten Stator 1210 erzeugt, dessen magne tischer Fluß durch die Flußpfade verläuft, die in den drei Komponenten ausgebildet sind, das heißt dem ersten Stator 1210, dem ersten Rotor 1350 und dem zweiten Rotor 1310. Die drei Komponenten bilden zusammenwirkend den Drehzahlein stellabschnitt 1200. In dem zweiten Stator 1410 wird auch ein Magnetfeld erzeugt, und zwar durch einen Erregerstrom, der der Wicklung 1411 des zweiten Stators 1410 zugeführt wird und dessen Magnetfluß verläuft durch Flußpassagen, die in zwei Komponenten ausgebildet sind, das heißt dem zweiten Stator 1410 und dem zweiten Rotor 1310. Die zwei Komponenten bilden zusammenwirkend den Drehmomenteinstellabschnitt 1400.

Es wird die Betriebsweise des Drehzahleinstellabschnitts 1200 unter Hinweis auf die Fig. 3A-5B beschrieben. Die Position des ersten Rotors 1350 relativ zu dem ersten Stator 1210 ist in den Fig. 3A, 4A und 5A fixiert und es wird lediglich der zweite Rotor 1310 im Uhrzeigersinn zum Zwecke der Erläuterung in Drehung ver setzt. Die Situationen, bei denen der erste Rotor 1350 sich relativ zu dem ersten Stator 1210 dreht, werden später unter Hinweis auf die Fig. 6A-6E erläutert.

Fig. 3A zeigt die Flußverläufe des magnetischen Flusses ϕ1 in dem ersten Stator 1210, dem ersten Rotor 1350 und dem zweiten Rotor 1310, wenn die Position X des zweiten Rotors 1310 zwischen θ1 und θ2 liegt, wobei X eine Winkelposition des Pols 1311b1 ist, gemessen von der vertikalen Linie aus, θ1 eine Position bezeichnet, die mit der vertikalen Linie koinzidiert, und θ2 eine Winkelposition des Pols 1352a ist, gemessen von der vertikalen Linie aus. Der Fluß ϕ1 wird durch den Erreger strom erzeugt, welcher der Wicklung 1211 zugeführt wird, so das der Fluß durch einen Flußverlauf geht, der einen Pol 1352a und den anderen Pol (nicht gezeigt) enthält, der um 90 Grad von dem Pol 1352a in einem mechanischen Winkel entfernt liegt. Der Flußverlauf ist in dem ersten Stator 1210, den ersten Rotor 1350 und dem zweiten Rotor 1310 ausgebildet, wie dies in Fig. 3A gezeigt ist. Auf Grund des Flusses ϕ1 wirken die Drehmomente T1 und T2 zwischen dem ersten Rotor 1350 und dem zweiten Rotor 1310 in den Richtungen, die in Fig. 3A angezeigt sind, um die magnetische Energie zu vermindern. Das Ausmaß des Drehmoments T1 ist gleich demjenigen des Drehmoments T2. Um ein Drehmoment zu minimieren, wel ches zwischen dem ersten Stator 120 und dem ersten Rotor 1350 wirkt, wird der Erregerstrom so zugeführt, das der Fluß ϕ1 durch das Zentrum des Pols 1352a fließt. Die Dreiphasenwicklung 1211 des ersten Rotors 1210 besteht aus einer ver teilten Wicklung mit einer Vier-Schlitz-Einheitskonstruktion, wie dies in Fig. 3A gezeigt ist. Wenn der zweite Rotor die Position X einnimmt, die in Fig. 3A gezeigt ist, fließt der maximale Strom in der U-Phase und verzweigt sich nach außen in gleicher Weise auf sowohl die V-Phase als auch die W-Phase, wie dies in Fig. 3B gezeigt ist.

Fig. 4A zeigt die Flußverläufe des magnetischen Flusses ϕ2 in dem ersten Stator 1210, dem ersten Rotor 1350 und dem zweiten Rotor 1310, wenn die Position X des zweiten Rotors 1310 zwischen θ2 und θ3 liegt, wobei X eine Winkelposition des Pols 1311b1 ist, und zwar gemessen von der vertikalen Linie aus, θ2 eine Winkel position des Pols 1352a ist, gemessen von der vertikalen Linie aus, und θ3 eine Winkelposition eines Mittelpunktes zwischen dem Pol 1352a und dem Pol 1352b ist, gemessen von der vertikalen Linie aus. Der Fluß ϕ2 wird durch den Erreger strom erzeugt, welcher der Wicklung 1211 zugeführt wird, so das dieser durch einen Flußverlauf verläuft oder fließt, der einen Pol 1352c und den anderen Pol (nicht gezeigt) enthält, der um 90 Grad von dem Pol 1352c als mechanischer Winkel ent fernt gelegen ist. Der Flußverlauf wird in dem ersten Stator 1210, dem ersten Rotor 1350 und dem zweiten Rotor 1310 ausgebildet, wie in Fig. 4A gezeigt ist. Auf Grund des Flusses ϕ2 wirken Drehmomente T1' und T2' zwischen dem ersten Rotor 1350 und dem zweiten Rotor 1310 in den Richtungen, die in Fig. 4A gezeigt sind, um die magnetische Energie zu vermindern. Das Ausmaß des Drehmoments T1' ist gleich demjenigen des Drehmoments T2'. Wenn der zweite Rotor die Position X einnimmt, die in Fig. 4A gezeigt ist, fließt der maximale Strom in der V-Phase, wo bei gleiche Ströme in der U-Phase und der W-Phase sich aufaddieren, wie in Fig. 4B gezeigt ist.

Fig. 5A zeigt die Flußverläufe des Magnetflusses ϕ3 in dem ersten Stator 1210, dem ersten Rotor 1350 und dem zweiten Rotor 1310, wenn die Position X des zweiten Rotors 1310 zwischen θ3 und θ4 liegt, wobei X eine Winkelposition des Pols 1311b1 ist, gemessen von der vertikalen Linie aus, θ4 eine Winkelposition des Pols 1352b ist, gemessen von der vertikalen Linie aus, und θ3 eine Winkelposition eines Zentrums oder Mittelpunktes zwischen dem Pol 1352a und dem Pol 1352b ist, ge messen von der vertikalen Linie aus. Der Fluß ϕ3 wird durch den Erregerstrom er zeugt, welcher der Wicklung 1211 zugeführt wird, so das dieser durch eine Flußpas sage fließt, die einen Pol 1352b und den anderen Pol (nicht gezeigt) enthält, der um 90 Grad von dem Pol 1352b in einem mechanischen Winkel entfernt gelegen ist. Der Flußverlauf wird in dem ersten Stator 1210, dem ersten Rotor 1350 und dem zweiten Rotor 1310 ausgebildet, wie dies in Fig. 5A gezeigt ist. Auf Grund des Flusses ϕ3 wirken Drehmomente T1" und T2" zwischen dem ersten Rotor 1350 und dem zweiten Rotor 1310 in den Richtungen, die in Fig. 5A gezeigt sind, um die ma gnetische Energie zu vermindern. Das Ausmaß des Drehmoments T1" ist gleich demjenigen des Drehmoments T2". Wenn der zweite Rotor die Position X ein nimmt, die in Fig. 5A gezeigt ist, fließt der maximale Strom in der W-Phase und verzweigt sich gleich groß zu sowohl der U-Phase hin als auch der V-Phase hin, wie dies in Fig. 5B gezeigt ist.

Der Erregerstrom, welcher der Dreiphasenwicklung 1211 des ersten Rotors 1210 zugeführt wird, wird derart gesteuert, das ein relatives Drehmoment t zwischen dem ersten Stator 1210 und dem ersten Rotor 1350 kleiner wird als ein relatives Drehmoment T zwischen dem ersten Rotor 1350 und dem zweiten Rotor 1310. In bevorzugter Weise wird der Erregerstrom mit einer Zeitsteuerung zugeführt, welche die folgende Beziehung befriedigt: T ≧ 2t.

Um auf die Fig. 6A-6E einzugehen, so wird der Magnetfluß, der durch den Drei phasenerregerstrom erzeugt wird, und zwar unter der Situation, bei der die relative Position zwischen dem ersten Stator 1210 und dem ersten Rotor 1350 geändert wird, während die relative Position zwischen dem ersten Rotor 1350 und dem zweiten Rotor 1310 auf der gleichen Position gehalten wird, wie in Fig. 3A gezeigt ist, erläutert. Der Dreiphasendrehmagnetfluß, der in dem ersten Stator 1210 erzeugt wird, wird durch die folgende Formel ausgedrückt: α (cos t, sin t), worin α ein ab soluter Maximalwert des Flusses ist und t eine Leitposition (conduction position) (oder Zeitsteuerung) ist und der Magnetfluss Wellenformen besitzt, wie sie in Fig. 7 gezeigt sind. Die Richtung des sich drehenden Magnetflusses kann willkürlich da durch geändert werden, indem die Leitposition (conduction position) gesteuert wird.

Fig. 6A zeigt die Situation, bei der die Leitposition t von jeder Phase gleich Null ist (t = 0). Der Drehwinkel des Magnetfeldes beträgt π/12 als elektrischer Winkel und π/24 als mechanischer Winkel bei t = π/12, da die Dreiphasenwicklung 1211 in ei nem Zwei-Pole-Paar angeordnet ist. Die Stromzentrumsposition Ic des sich drehen den Magnetfeldes bei einer gegebenen relativen Position zwischen dem ersten Sta tor 1210 und dem ersten Rotor 1350 ist jeweils in den Fig. 6A-6E gezeigt. Auch ist die Leitposition (conduction position) t jeweils in den Fig. 6A-6E gezeigt. Die Beziehung zwischen IC und einer Größe des Stromes in jeder Phase wird in Ein klang mit der Beziehung zwischen der Größe des Stromes in jeder Phase und der Leitposition t bestimmt, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Demzufolge kann der Erreger strom gesteuert werden, um den Magnetfluß an einer gewünschten Position zu er zeugen, wenn die relative Position zwischen dem ersten Stator 1210 und dem ersten Rotor 1350 willkürlich geändert wird. Die Winkelpositionen des ersten Rotors 1350 und des zweiten Rotors 1310 werden jeweils durch Sensoren 1911 und 1912 detek tiert und die Erregerstromsteuerung wird basierend auf der relativen Position zwi schen dem ersten und dem zweiten Rotor durchgeführt.

Bei der oben erläuterten ersten Ausführungsform kann das Drehmoment zwischen dem ersten Rotor 1350 und dem zweiten Rotor 1310 dadurch gesteuert und einge stellt werden, indem der Erregerstrom gesteuert wird, der dem ersten Stator 1210 zugeführt wird, ohne Verwendung einer elektrischen Zuführung, die aus Schleifrin gen und Bürsten zusammengesetzt ist. Daher wird der Raum für die elektrische Zu führung eingespart und die Zuverlässigkeit des Dreh-Energieumsetzers wird gleich zeitig erhöht. Der erste und der zweite Rotor werden gemäß einer Reluktanzmotort heorie betrieben. Bei einem gewöhnlichen Reluktanzmotor wird jedoch die Strom konzentration hoch, und zwar auf Grund der niedrigen Verwendung der Wicklung. Diese unerwünschte Stromkonzentration kann bei dem Umsetzer gemäß der vorlie genden Erfindung gemindert werden.

Fig. 8 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind die relativen Positionen der Rotoren und der Statoren in dem Gehäuse umgekehrt, verglichen mit denjenigen der ersten Ausführungsform. Das heißt der zweite Stator 1410 ist im Zentrum des Gehäuses angeordnet, der zweite Rotor 1310 ist außerhalb des zweiten Stators 1410 positioniert, der erste Rotor 1350 ist außerhalb des zweiten Rotors 1310 positioniert und schließlich ist der erste Sta tor 1210 außerhalb des ersten Rotors 1350 gelegen. Die Ausgangswelle 1335 des zweiten Rotors 1310 ist mit dem Differentialgetriebe 900 an dessen Endabschnitt gegenüber der Maschinenseite angeschlossen. Diese Ausführungsform ist in Ver bindung mit dem Energieumsetzer vorteilhaft, bei dem ein großer Aufwand an Ge schwindigkeits- oder Drehzahleinstellungen erforderlich ist, da der erste Stator 1210 eine äußerste Position einnimmt. Andere Konstruktionen der zweiten Ausführungs form sind die gleichen wie diejenigen der ersten Ausführungsform und die zweite Ausführungsform arbeitet in der gleichen Weise wie die erste Ausführungsform.

Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 9 gezeigt. Diese Ausführungsform ist im Vergleich zur ersten Ausführungsform unterschiedlich kon struiert, ihre Betriebsweise ist jedoch ähnlich. Der zweite Rotor 1310 ist in zwei Abschnitte aufgeteilt, die in Tandemform verbunden sind und die Gesamtheit der Komponenten des Dreh-Energieumsetzers 1000 ist in dem Gehäuse aufgenommen, welches aus einem ersten Gehäuse 1720, einem zweiten Gehäuse 1730 und aus Rahmen 1710, 1740 zusammengesetzt ist.

Der zweite Rotor 1310 ist zusammengesetzt aus einem Frontabschnitt mit einer er sten Welle 1310c und einem ersten Kern 1310a und einem rückwärtigen Abschnitt mit einer zweiten Welle 1310d und einem zweiten Kern 1310b. Die erste Welle 1310c und die zweite Welle 1310d sind mechanisch verbunden und der zweite Ro tor 1310 ist als Ganzer in dem Gehäuse drehbar gehaltert. Die zweite Welle 1310d ist mit dem Differentialgetriebe 900 über Drehzahluntersetzungsgetriebe oder Zahn räder 1332a, 820 verbunden, um das Dreh-Drehmoment auf das Antriebsrad 700 zu übertragen. Der erste Rotor 1350, der durch die Maschine 100 angetrieben wird, ist drehbar in dem Gehäuse außerhalb des zweiten Rotors 1310 gehaltert. Der erste Stator 1210 ist außerhalb des ersten Rotors 1350 angeordnet und ist fest in dem er sten Gehäuse 1720 gehaltert. Der zweite Stator 1410 ist außerhalb des zweiten Ro tors 1310 angeordnet und ist fest in dem zweiten Gehäuse 1730 gehaltert.

Das sich drehende Magnetfeld wird in dem ersten Stator 1210 erzeugt und ein Ma gnetfluß verläuft durch die Flußverläufe, die in dem ersten Stator 1210, dem ersten Rotor 1350 und dem zweiten Rotor 1310 ausgebildet sind. Der erste Rotor 1350 wird durch die Ausgangswelle 110 der Maschine 100 in Drehung versetzt, wodurch ein Dreh-Drehmoment zwischen dem ersten Rotor 1350 und dem zweiten Rotor 1310 erzeugt wird. Der zweite Rotor wird durch das erzeugte Drehmoment ange trieben und dessen Drehenergie wird auf das Antriebsrad 700 eines selbst fahrenden Fahrzeugs übertragen.

Da die zweite Ausführungsform eine Tandemkonstruktion besitzt, kann deren Au ßendurchmesser kleiner ausgeführt werden, verglichen mit demjenigen der ersten Ausführungsform.

Während die vorliegende Erfindung unter Hinweis auf die vorangegangenen be vorzugten Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, ist es für Fachleute of fensichtlich, das Änderungen in der Form und im Detail vorgenommen werden können, ohne jedoch dadurch den Rahmen der Erfindung, wie er durch die anhängenden An sprüche festgelegt ist, zu verlassen.

Claims

1. Dreh-Energieumsetzer, mit:
einer Eingangswelle (1351), die durch eine Drehenergiequelle angetrieben wird;
einer Ausgangswelle (1335), die mit einer außenseitigen, anzutreibenden Vor richtung verbunden ist;
einem Gehäuse (1710, 1720);
einem Stator (1210), der starr in dem Gehäuse aufgenommen ist, wobei der Stator eine Wicklung (1211) aufweist, um ein sich drehendes Magnetfeld zu erzeugen;
einem ersten Rotor (1350), der mit der Eingangswelle verbunden ist und der dreh bar in dem Gehäuse gehaltert ist, wobei ein erster Luftspalt zwischen dem ersten Stator und dem ersten Rotor gebildet ist; und
einem zweiten Rotor (1310), der mit der Ausgangswelle verbunden ist und der drehbar in dem Gehäuse gehaltert ist, wobei ein zweiter Luftspalt zwischen dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor gebildet ist, wobei:
eine Drehenergie des ersten Rotors elektromagnetisch zu dem zweiten Rotor übertragen wird, um den zweiten Rotor in Drehung zu versetzen; und
eine Drehenergie des zweiten Rotors dadurch gesteuert wird, indem das sich dre hende Magnetfeld gesteuert wird, welches in dem Stator erzeugt wird.

2. Dreh-Energieumsetzer nach Anspruch 1, bei dem:
der erste Rotor (1350) einen zylinderförmigen Magnetkern (1352) enthält, der Pole (1352a, 1352b, 1352c . . .) enthält, die zu dem zweiten Rotor hin vor ragen; und
der zweite Rotor (1310) einen zylinderförmigen Magnetkern (1311) enthält, der Pole (1311b) enthält, die zu dem ersten Rotor hin ragen.

3. Dreh-Energieumsetzer zum Umsetzen einer Dreh-Ausgangsgröße einer Brenn kraftmaschine in eine Energie zum Antreiben eines Hybrid-Elektrofahrzeugs, wo bei der Dreh-Energieumsetzer Folgendes aufweist:
eine Eingangswelle (1351), die mit einer Ausgangswelle (110) der Maschine (110) verbunden ist;
eine Ausgangswelle (1335), die mit den angetriebenen Rädern (700) des Fahr zeugs verbunden ist;
ein Gehäuse (1710, 1720);
einen ersten Stator (1210), der starr in dem Gehäuse aufgenommen ist, wobei der erste Stator eine Wicklung (1211) aufweist, um ein sich drehendes Magnetfeld zu erzeugen;
einen ersten Rotor (1350), der mit der Eingangswelle verbunden ist und der dreh bar in dem Gehäuse gehaltert ist;
einen zweiten Rotor (1310), der mit der Ausgangswelle verbunden ist und der drehbar in dem Gehäuse gehaltert ist, wobei:
der erste Rotor durch die Maschine angetrieben ist;
die Drehenergie des ersten Rotors elektromagnetisch zu einer Drehenergie des zweiten Rotors übertragen wird, so dass dieser eine Drehenergie erteilt bekommt;
die Drehenergie des zweiten Rotors auf die angetriebenen Räder des Fahrzeugs übertragen wird; und
die Drehenergie des zweiten Rotors dadurch gesteuert wird, indem das sich dre hende Magnetfeld, welches in dem Stator erzeugt wird, gesteuert wird.

4. Dreh-Energieumsetzer nach Anspruch 3, ferner mit einem zweiten Stator (1410), der starr in dem Gehäuse aufgenommen ist, wobei ein dritter Luftspalt zwischen dem zweiten Rotor und dem zweiten Stator ausgebildet ist, der zweite Stator eine Wicklung (1411) besitzt, um ein Magnetfeld zu erzeugen, wobei:
der erste Stator (1210), der erste Rotor (1350) und der zweite Rotor (1310) im Zu sammenwirken eine erste sich drehende elektrische Maschine bilden;
der zweite Rotor (1310) und der zweite Stator (1410) im Zusammenwirken eine zweite sich drehende elektrische Maschine bilden;
die Wicklung (1211) des ersten Stators über einen ersten Inverter (200) mit einer Gleichstrombatterie (600) verbunden ist, die das in dem ersten Stator erzeugte Magnetfeld steuert, so dass die Gleichstrombatterie elektrische Energie zu dem er sten Stator zuführt oder elektrische Energie von dem ersten Stator empfängt, und zwar in Einklang mit der Drehenergie des zweiten Rotors; und
die Wicklung (1411) des zweiten Stators über einen zweiten Inverter (400) mit der Gleichstrombatterie verbunden ist, welcher das in dem zweiten Stator erzeugte Magnetfeld steuert, so dass die Gleichstrombatterie elektrische Energie zu dem zweiten Stator zuführt oder elektrische Energie von dem zweiten Stator empfängt, und zwar entsprechend der Drehenergie des zweiten Rotors.

5. Dreh-Energieumsetzer nach Anspruch 4, bei dem:
der erste Stator (1210) starr in dem Gehäuse entlang einer Längsmittelachse des Gehäuses aufgenommen ist;
der erste Rotor (1350) drehbar in dem Gehäuse außerhalb des ersten Stators ge haltert ist und den ersten Stator umschließt;
der zweite Rotor (1310) drehbar in dem Gehäuse außerhalb des ersten Rotors ge halten ist und den ersten Rotor umschließt; und
der zweite Stator (1410) starr in dem Gehäuse außerhalb des zweiten Rotors auf genommen ist und den zweiten Rotor umschließt.

6. Dreh-Energieumsetzer nach Anspruch 4, bei dem:
der erste Rotor (1350) einen zylinderförmigen Magnetkern (1352) mit Polen (1352a, 1352b, 1352c . . .) enthält, die zu dem zweiten Rotor hin ragen; und
der zweite Rotor (1310) einen zylinderförmigen Magnetkern (1311) mit Polen (1311b) enthält, die zu dem ersten Rotor hin ragen.

7. Dreh-Energieumsetzer nach Anspruch 4, bei dem:
die Wicklung (1211) des ersten Stators eine Dreiphasenwicklung ist; und
der der Dreiphasenwicklung zugeführte elektrische Strom so gesteuert wird, dass ein Dreh-Drehmoment zwischen dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor gleich wird mit oder größer wird als das Zweifache eines Dreh-Drehmoments zwischen dem ersten Stator und dem ersten Rotor.

8. Dreh-Energieumsetzer nach Anspruch 4, bei dem:
der zweite Stator (1410) starr in dem Gehäuse entlang einer Längsmittelachse des Gehäuses aufgenommen ist;
der zweite Rotor (1310) drehbar in dem Gehäuse außerhalb des zweiten Stators gehaltert ist und den zweiten Stator umschließt;
der erste Rotor (1350) drehbar in dem Gehäuse außerhalb des zweiten Rotors ge haltert ist und den zweiten Rotor umschließt; und
der erste Stator (1310) starr in dem Gehäuse außerhalb des ersten Rotors aufge nommen ist und den ersten Rotor umschließt.

9. Dreh-Energieumsetzer nach Anspruch 4, bei dem:
der zweite Rotor (1310) in einen Frontabschnitt und einen rückwärtigen Abschnitt aufgeteilt ist, wobei beide Abschnitte mechanisch miteinander verbunden sind, wobei der Frontabschnitt drehbar in einem Frontteil (1720) des Gehäuses gehaltert ist, der rückwärtige Abschnitt drehbar in einem rückwärtigen Teil (1730) des Ge häuses gehaltert ist, wobei beide Abschnitte des zweiten Rotors entlang einer Längsmittelachse des Gehäuses angeordnet sind;
der erste Rotor (1350) drehbar in dem Frontteil des Gehäuses gehaltert ist und einen Außenumfang des Frontabschnittes des zweiten Rotors umschließt;
der erste Stator (1210) starr in dem Frontteil des Gehäuses aufgenommen ist und einen Außenumfang des ersten Rotors umschließt; und
der zweite Stator (1410) starr in dem rückwärtigen Teil des Gehäuses aufgenom men ist und einen Außenumfang des rückwärtigen Abschnitts des zweiten Rotors umschließt.